基于powerlink技术的板间通信组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，包括：CPCI主站单元，用于同步各从站单元通信并发送主站报文，并接收从站报文；CPCI从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文；PMC从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文；组件接口软件，该软件包括两部分，一部分用于位于各单元POWERLINK通信接口板内，实现POWERLINK通信数据收发功能；另一部分在各单元主板上，实现从PCI接口上读写通信数据及通信错误处理功能。与现有技术相比，本发明具有高实时性、高可靠性、传输时延及抖动小、成本低等优点。
【专利说明】基于POWERLINK技术的板间通信组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种板间通信组件，尤其是涉及一种基于POWERLINK技术的板间通信组件。
【背景技术】
[0002]现场总线由来已久，几种出现较早、应用较多的现场总线，如CAN、deviceNet、modBus、RS485等，这些总线速度慢、每次传输的数据包小。随着工业自动化由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展，对现场总线的传输速度和数据量都提出了新的要求。于是就有很多厂家提出了基于以太网技术来实现现场总线，由此诞生了 POWERLINK、EtherNet/IP、ModBusTCP, ProfinetRT, EtherCat, MECHATR0LINK 等这些工业实时以太网的技术。
[0003]目前高速实时现场总线种类繁多，很多厂家都在推广自己的总线协议，这些协议从性能上可分为两类:高实时总线和低实时总线。
[0004]高实时性的总线:P0WERLINK，EtherCat,MECHATR0LINK。
[0005]在这三种总线中EtherCat和MECHATR0LINK需要用专用的ASIC才能实现，之所以采用ASIC芯片来实现是为了能够控制市场，使他们处于有利地位。EtherCat和MECHATR0LINK只解决了数据链路层和物理层，而没有实现应用层。POWERLINK是一个可以在普通以太网上实现的方案，无需ASIC芯片，用户可以在各种平台上实现POWERLINK，如FPGA, ARM、x86CPU等，只要有以太网的地方，就可以实现POWERLINK。POWERLINK公开了所有的源码，任何人都可以免费下载和使用(就像Linux)。
[0006]目前在轨道交通信号领域，板间或系统间通信大部分还依赖传统的以太网TCP/IP协议，该协议为非实时以太网协议，经常出现由于网络通信繁忙或受病毒、木马攻击而导致的通信数据丢包、长时延等问题，从而影响整体系统的安全性及可用性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，为安全计算机平台中的各主板设计了基于工业实时以太网技术的PCI接口通信子板，实现了板间同步通信功能，解决了系统同步及实时通信问题，具有高实时性、高可靠性、传输时延及抖动小、成本低等优点，将来可广泛用于局域网通信领域，解决传统TCP/IP通信丢包、阻塞延时、容易被病毒攻击等问题。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，包括:
[0010]CPCI主站单元，用于同步各从站单元通信并发送主站报文，并接收从站报文；
[0011]CPCI从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文；
[0012]PMC从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文；
[0013]组件接口软件，该软件包括两部分，一部分用于位于各单元POWERLINK通信接口板内，实现POWERLINK通信数据收发功能；另一部分在各单元主板上，实现从PCI接口上读写通信数据及通信错误处理功能。
[0014]所述的CPCI主站单元、CPCI从站单元、PMC从站单元之间采用以太网冗余HUB连接或闭环菊花链连接。
[0015]所述的PMC从站单元上设有显示板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、故障码显示LED屏、以及拨码开关。
[0016]所述的CPCI主站单元、CPCI从站单元设在同一块板卡上，该板卡为6U板，被均分为两个相同3U CPCI子模块，在该板卡上设有显示板卡电源工作状态、板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、以及故障码显示LED屏。
[0017]所述的组件接口软件从PCI接口上读写通信数据及通信错误处理包括上位机读数据过程和上位机写数据过程；
[0018]其中上位机读数据过程具体为:数据经过网口 I/网口 2进入系统后经过LinkSelector双网冗余模块分析处理后选择一路进入openMAC, openMAC模块将数据巾贞完整接收后通知PCP取走，PCP按照对象字典约束的数据结构对数据进行解析，然后通过内部总线发送到PDI模块，PDI模块将数据存储在事先分配的RPDO缓冲区内，同时产生中断信号，该信号会经后续的AP模块和LocalBus-PCI模块转换成PCI中断传送给上位机，由上位机响应中断并读取数据；
[0019]上位机写数据过程具体为:上位机发送数据经LocalBus-PCI模块和ro1-Local模块传送到AP模块，AP模块会将数据存储在事先分配的PDI模块中的TPDO缓冲区内，数据传送完毕由PCP读取并按对象字典约束的数据结构重新组成数据帧发送到openMAC模块，openMAC模块将数据发到Link Selector, Link Selector会将数据同时发送到PHYl和PHY2再发送到网络上。
[0020]与现有TCP/IP通信技术相比，本发明实现了板间高实时性、高确定性的通信，从系统的高度考虑安全计算机的安全通信问题，而且将POWERLINK技术实现了板间数据及时钟同步，较传统的UDP或串口数据及时钟同步易于实现，可靠性及实时性也优于前者。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明基于HUB冗余链接的系统架构图；
[0022]图2为本发明基于菊花连接的系统架构图；
[0023]图3为本发明组件接口软件的模块架构图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]实施例
[0026]系统是基于MPS安全计算机架构之上的，用于替换当前MPS系统中的串口及网络通信组件，实现同步及数据交换功能。由两块MPU板、一块MCU板(含两个MCU子模块)及相关的POWERLINK实时以太网接口扩展板组成。
[0027]POWERLINK实时以太网接口扩展板主要实现MPU板与MCU板间的通信。由P3主站及另外三个从站组成(P1/P2/P4)，采用100M以太网冗余HUB连接或闭环菊花链连接(如图I及图2所示)。
[0028]P3主站实现系统同步报文产生、发送主站报文数据及接收其它三个子站报文数据(320字节/子站，用于接收子站校核字数据)等功能，其它三个子站实现发送本站报文、接收主站及其它二个子站报文数据功能。
[0029]PMC载板设计与实现:
[0030]CPCI6200板的POWERLINK扩展板为PMC标准接口板，设计遵循了 PMC接口规范所涉及的标准要求。它实现为CPCI6200板提供POWERLINK通信功能(从站配置)。前面板上RJ45 口带有LED提示，前面板上具有显示板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、故障码显示LED屏。
[0031]对于从站的ID号，在单板上放置有一个拨码开关，可方便进行从站号的设置。
[0032]CPCI板主从站设计与实现:
[0033]VLE-2板(由MCUl和MCU2组成)的POWERLINK扩展板为6U板，被均分为两个相同3U CPCI子模块，设计遵循了 3U CPCI国际规范所涉及的标准要求。它实现为MCUl或MCU2提供POWERLINK通信功能(上模块为主站，下模块为从站)。
[0034]复位按钮的按钮孔位于前面板下部，按钮不突出面板并借助类似圆珠笔工具捅入按钮孔按压复位按钮实现板卡的复位操作。
[0035]前面板上RJ45 口带有LED提示，前面板上具有显示板卡电源工作状态、板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、故障码显示LED屏。
[0036]对于6U的Powerlink扩展板,其上半部分的Powerlink系统固定为主站，下半部分的Powerlink系统固定为从站。对于从站的ID号，需要在单板上放置一个拨码开关，方便进行从站号的设置。
[0037]CPCI板的两个网口(上下模块各两个)用于实现双网冗余功能，CPCI板上的FPGA (上下模块独立)要能支持主/从站的双网冗余切换功能。
[0038]板载软件设计
[0039]按照系统正常运行过程中的数据处理流程来划分各功能模块，软件系统结构如图3所示:
[0040]系统正常运行过程中的数据处理可分为两个方向:
[0041]方向I—上位机读数据过程:数据经过网口 I/网口 2进入系统后经过LinkSelector双网冗余模块分析处理后选择一路进入openMAC, openMAC模块将数据巾贞完整接收后通知PCP取走，PCP按照对象字典约束的数据结构对数据进行解析，然后通过内部总线发送到PDI模块，PDI模块会将数据存储在事先分配的RPDO缓冲区内，同时产生中断信号，该信号会经后续的AP模块和LocalBus-PCI模块转换成PCI中断传送给上位机，由上位机响应中断并读取数据。
[0042]方向2-上位机写数据过程:上位机发送数据经LocalBus-PCI模块和TO1-Local模块传送到AP模块，AP模块会将数据存储在事先分配的PDI模块中的TPDO缓冲区内，数据传送完毕由PCP读取并按对象字典约束的数据结构重新组成数据帧发送到openMAC模块,openMAC模块将数据发到Link Selector,Link Selector会将数据同时发送到PHYl和PHY2再发送到网络上。
[0043]板卡驱动程序设计
[0044]因POWERLINK主/从站与CPU板的数据交互接口均是PCI接口，在驱动接口设计上大同小异，驱动开发的步骤和方法可参照《基于VxWorks的PCI驱动开发》一文。与文中不同的地方是增加了读写PDO操作的函数，并根据需求在相应函数内增加相应的处理代码。最后为了方便上层用户调用，封装了驱动，提供用户易于使用的API接口函数。以下是封装函数列表说明，如表1所示。
[0045]表1
[0046]
【权利要求】
1.一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，包括: CPCI主站单元，用于同步各从站单元通信并发送主站报文，并接收从站报文； CPCI从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文； PMC从站单元，用于响应同步通信中断，接收各站报文并发送该站报文； 组件接口软件，该软件包括两部分，一部分用于位于各单元POWERLINK通信接口板内，实现POWERLINK通信数据收发功能；另一部分在各单元主板上，实现从PCI接口上读写通信数据及通信错误处理功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，所述的CPCI主站单元、CPCI从站单元、PMC从站单元之间采用以太网冗余HUB连接或闭环菊花链连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，所述的PMC从站单元上设有显示板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、故障码显示LED屏、以及拨码开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，所述的CPCI主站单元、CPCI从站单元设在同一块板卡上，该板卡为6U板，被均分为两个相同3U CPCI子模块，在该板卡上设有显示板卡电源工作状态、板卡运行状态及故障状态指示的LED灯、以及故障码显示LED屏。
5.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK技术的板间通信组件，其特征在于，所述的组件接口软件从PCI接口上读写通信数据及通信错误处理包括上位机读数据过程和上位机写数据过程； 其中上位机读数据过程具体为:数据经过网口 I/网口 2进入系统后经过LinkSelector双网冗余模块分析处理后选择一路进入openMAC, openMAC模块将数据巾贞完整接收后通知PCP取走，PCP按照对象字典约束的数据结构对数据进行解析，然后通过内部总线发送到PDI模块，PDI模块将数据存储在事先分配的RPDO缓冲区内，同时产生中断信号，该信号会经后续的AP模块和LocalBus-PCI模块转换成PCI中断传送给上位机，由上位机响应中断并读取数据； 上位机写数据过程具体为:上位机发送数据经LocalBus-PCI模块和TO1-Local模块传送到AP模块，AP模块会将数据存储在事先分配的PDI模块中的TPDO缓冲区内，数据传送完毕由PCP读取并按对象字典约束的数据结构重新组成数据帧发送到openMAC模块，openMAC模块将数据发到Link Selector，Link Selector会将数据同时发送到PHYl和PHY2再发送到网络上。
【文档编号】H04L12/40GK104079460SQ201410325831
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】王澜, 蒋耀东, 孙军峰 申请人:卡斯柯信号有限公司