专利名称：一种EtherCAT以太网网关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种不同网络总线之间的数据转换装置，特别是一种基于Nios II的EtherCAT以太网网关。
背景技术：
随着工业以太网应用的日益广泛，用于办公及信息自动化的以太网开始向下延 伸，直接应用于现场自动化控制。在机车控制网络领域，随着列车自动化和舒适度的提高，包括列车运行控制、旅客 信息系统、多媒体等车载数据量急剧增加，传统CAN、DeviceNet, PROFIBUS、WorldFIP等现 场总线)逐渐显现弊端，如传输速率低、通用性差等。目前，国外庞巴迪等交通设备制造商 已经将以太网成功运用于动车组列车网络控制系统。IEC标准IEC 61375-2-5Ed. 1. O和IEC 61375-3-4Ed. 1. O也已将以太网列为可选的标准列车通讯网络。可见，工业以太网在机车控 制领域将具有广泛的应用前景。EtherCAT 是控制自动化以太网技术 Ethernet for Control Automation Technology的缩写，是一种适用于工业自动化的实时、高速以太网通讯协议。它有速度快、 低成本、高度开放、可融入任何标准以太网设备等特点。它已经作为一种标准化的技术，被 纳入国际标准化的体系，IEC把它作为IEC/PAS 62407规范，ISO也将它纳入ISO 15745。Powerlink网络与EtherCAT网络一样，也是广泛应用的实时工业以太网解决方 案，在列车控制网络系统有着潜在的应用前景。但二者在应用协议上有所区别，在EtherCAT 和Powerlink两种网络共存的情况下，不能直接进行互联通讯，需要设计一种网关来解决 这个问题。
发明内容为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种EtherCAT以太网网关， 从而解决了 EtherCAT专用通讯网络与广泛使用的工业控制网络Powerlink现场总线间的 互联问题。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种EtherCAT以太网网关，包括EtherCAT总线协议控制器、EtherCAT总线收发 器、Nios II中央控制器、Powerlink总线协议控制器、Powerlink总线收发器，所述的Nios II中央控制器分别与EtherCAT总线协议控制器和Powerlink总线协议控制器双向连接， 所述的EtherCAT总线协议控制器经EtherCAT总线收发器与EtherCAT总线双向连接，所述 的Powerlink总线协议控制器经Powerlink总线收发器与Powerlink总线双向连接；所述 的Nios II中央控制器包括一个32位的RISC处理器的Nios II处理器内核。与现有技术相比，本实用新型通过Nios II中央控制器与Powerlink总线协议控 制器和Powerlink总线收发器的结合，实现了 EtherCAT总线协议控制器和Powerlink协 议控制器的数据交换，解决了机车专用的EtherCAT控制网络和广泛使用的工业控制网络Powerlink现场总线的互联问题，具有设计新颖、可靠、灵活等特点，在轨道车辆以及农林机 械等行业以及相关领域具有广泛的应用前景。
本实用新型共有2张附图，其中图1是一种EtherCAT以太网网关的结构框图。图2是Nios II中央控制器及其外围接口电路结构框图。图中l、EtherCAT总线协议控制器，2、EtherCAT总线收发器，3、Nios II中央控制 器，4、Powerlink总线协议控制器，5、Powerlink总线收发器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1所示，一种基于NiosII的 EtherCAT网关，包括EtherCAT总线协议控制器l、EtherCAT总线收发器2、Nios II中央控 制器3、Powerlink总线协议控制器4、Powerlink总线收发器5，所述的Nios II中央控制 器3分别与EtherCAT总线协议控制器1和Powerlink总线协议控制器4双向连接，所述的 EtherCAT总线协议控制器1经EtherCAT总线收发器2与EtherCAT总线双向连接，所述的 Powerlink总线协议控制器4经Powerlink总线收发器5与Powerlink总线双向连接。本实用新型的工作方法，包括EtherCAT总线数据转换成Powerlink总线数据方法 和Powerlink总线数据转换成EtherCAT总线数据方法，具体包括以下步骤A、EtherCAT总线数据转换成Powerlink总线数据AUEtherCAT总线收发器2接收EtherCAT总线的数据并发送到EtherCAT总线协 议控制器1 ；A2,EtherCAT总线协议控制器1根据EtherCAT总线通讯协议规定，接收EtherCAT 数据帧；A3,Nios II中央控制器3读取EtherCAT总线协议控制器1的EtherCAT数据，进 行逻辑运算处理后，生成Powerlink数据，写入Powerlink总线协议控制器4 ；A4、Powerlink总线协议控制器4根据Powerlink总线通讯协议规定，读取Nios II中央控制器3写入Powerlink总线协议控制器4中的数据，经过编码生成Powerlink数 据帧；A5、Powerlink总线收发器5，接收Powerlink总线协议控制器4的Powerlink数 据帧并发送到Powerlink总线；B、Powerlink总线数据转换成EtherCAT总线数据Bi、Powerlink总线收发器5接收Powerlink总线的数据并发送到Powerlink总 线协议控制器4 ；B2、Powerlink总线协议控制器4根据Power 1 ink总线通讯协议规定，接收 Powerlink数据中贞；B3、Nios II中央控制器3读取Powerlink总线协议控制器4的Powerlink数据， 进行逻辑运算处理后，生成EtherCAT数据，写入EtherCAT总线协议控制器1 ；B4、EtherCAT总线协议控制器1根据EtherCAT总线通讯协议规定，读取Nios II中央控制器3写入EtherCAT总线协议控制器1中的数据，经过编码生成EtherCAT数据帧；B5,EtherCAT总线收发器2，接收EtherCAT总线协议控制器1的EtherCAT数据帧 并发送到EtherCAT总线。本实用新型所述的Nios II中央控制器3，负责EtherCAT总线协议控制器1和 Powerlink总线协议控制器4的数据交换，具有图形化编程接口，用户使用符合IEC61131-3 的语言编写控制逻辑。下面结合图1-2对本实用新型的电路及其工作原理作进一步说明本实用新型的 电路包括EtherCAT总线控制电路、Powerlink总线控制电路、Nios II中央控制器3及其外 围接口电路，具体电路分类如下如图1所示，EtherCAT总线控制电路是EtherCAT总线和Nios II中央控制器3接 口的主要控制电路，主要包括EtherCAT总线协议控制器l、EtherCAT总线收发器2和Nios II中央控制器3接口电路。Nios II中央控制器3通过标准的总线读写来控制EtherCAT 总线协议控制器1发送或者接受EtherCAT总线的数据，EtherCAT总线协议控制器1负责 总线的监视和管理、发送或接收数据、编码或解码数据帧。EtherCAT总线收发器2负责将收 发的数据转换成符合EtherCAT总线物理层规定的电信号，同时对EtherCAT的总线控制电 路进行隔离和保护。如图1所示，Powerlink总线控制电路是Powerlink总线和Nios II中央控制器 3接口的主要控制电路，主要包括Powerlink总线协议控制器4、Powerlink总线收发器5 和Nios II中央控制器3接口电路。Nios II中央控制器3通过标准的总线读写来控制 Powerlink总线协议控制器4发送或者接受Powerlink总线的数据，Powerlink总线协议控 制器4负责总线的监视和管理、发送或接收数据、编码或解码数据帧。Powerlink总线收发 器5负责将收发的数据转换成符合Powerlink总线物理层规定的电信号，同时对Powerlink 的总线控制电路进行隔离和保护。如图2所示，Nios II中央控制器3及其外围接口电路实现了网关的中央控制功 能，主要包括Nios II中央控制器3、代码存储器、配置存储器、程序存储器。Nios II中央控 制器3是Altera推出的第二代软核嵌入式处理器解决方案，Nios II处理器内核是一个32 位的RISC处理器，它具有共享的通用指令集结构，专门针对Altera的主流FPGA系列进行 了优化，主要负责运行PLC虚拟机和用户的应用程序。代码存储器由非易失性闪存(FLASH) 组成，永久存储网关的控制代码。配置存储器由非易失性闪存(FLASH)组成，永久存储用户 的应用数据和总线配置数据。程序存储器由同步动态随机访问存储器(SDRAM)组成，具有 速度快、容量大的优点，用于代码运行时的内存分配。用户可以通过图形化编程工具进行应 用程序的编写和编译，生成二进制代码文件后通过网络接口下载至配置存储器中，运行于 Nios II中央控制器3的PLC虚拟机将自动加载并执行用户应用程序，对总线数据进行逻辑 处理。
权利要求一种EtherCAT以太网网关，包括EtherCAT总线协议控制器(1)、EtherCAT总线收发器(2)、Nios II中央控制器(3)，其特征在于还包括Powerlink总线协议控制器(4)、Powerlink总线收发器(5)，所述的Nios II中央控制器(3)分别与EtherCAT总线协议控制器(1)和Powerlink总线协议控制器(4)双向连接，所述的EtherCAT总线协议控制器(1)经EtherCAT总线收发器(2)与EtherCAT总线双向连接，所述的Powerlink总线协议控制器(4)经Powerlink总线收发器(5)与Powerlink总线双向连接；所述的Nios II中央控制器(3)包括一个32位的RISC处理器的Nios II处理器内核。
专利摘要本实用新型公开了一种EtherCAT网关，包括EtherCAT总线协议控制器、EtherCAT总线收发器、Nios II中央控制器、Powerlink总线协议控制器、Powerlink总线收发器，Nios II中央控制器分别与EtherCAT总线协议控制器和Powerlink总线协议控制器双向连接，Powerlink总线协议控制器与Powerlink总线收发器双向连接。本实用新型通过Nios II中央控制器实现了EtherCAT总线协议控制器和Powerlink协议控制器的数据交换，解决了列车通讯网络中的EtherCAT与Powerlink的互联问题。
文档编号H04L12/66GK201717879SQ20102027022
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者任宝兵, 宁寿辉, 李砾工, 杜振环, 王晓鹏 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心