一种实时以太网EtherCAT从站系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于EtherCAT (以太网控制自动化技术)领域，具体涉及一种工业实时以太网EtherCAT从站系统。
【背景技术】
[0002]EtherCAT由德国倍福公司提出，由于其具有网络实时性高、拓扑结构灵活、系统配置简单等特点，目前已得到越来越多广泛的应用。EtherCAT采用主从式结构，主站可以为一般的PC机。控制周期从主站发出，主站发送下行电报。数据帧遍历所有从站设备，每个设备在数据帧经过时分析寻址到本机的报文，根据报文头中的命令读入数据或写入数据到报文中指定位置，并且从站硬件把该报文的工作计数器加1，表示该数据被处理。数据帧在访问位于整个系统逻辑位置的最后一个从站后，该从站把经过处理的数据帧作为上行电报直接发送给主站。主站收到此上行电报后，处理返回数据，一次通信结束。
[0003]随着EtherCAT工业以太网受到越来越多行业开发者的重视，已经有基于EtherCAT从站产品面世。授权公告号为CN 202679397U的实用新型专利，公开一种实时工业以太网EtherCAT从站系统，包括微处理器、控制器，所述微处理器上设有可变静态存储控制器，所述微处理器与所述控制器通过异步并行微处理器接口相连。所述微处理器与所述控制器之间设有锁存器，所述锁存器与设置于所述控制器上的并行数据接口连接。由于该专利采用锁存器实现并行口的时分复用，因此增加了硬件的复杂性。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于国产微处理器的实时以太网EtherCAT从站系统。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种实时以太网EtherCAT从站系统，包括:微处理器，从站控制器，EEPROM,光耦隔离器。其中，
[0007]所述微处理器实现所述EtherCAT从站应用层协议，通过SPI总线与所述从站控制器通信，响应从站协议数据包，并通过设置通用接口数据改变现场数据输出。
[0008]所述从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议。
[0009]所述EEPROM通过IIC总线与所述从站控制器连接，用于存储所述从站控制器的配置数据。
[0010]所述光耦隔离器连接所述微处理器的通用接口，通过驱动电路输出数据至现场。
[0011]进一步地，所述从站控制器输出中断请求信号至所述微处理器，所述微处理器通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种协议应用层事件中断及时钟同步中断；所述从站控制器输出两个信号至所述微处理器，用于判断现场数据输出是否有效。
[0012]进一步地，所述EEPROM通过IIC总线连接所述从站控制器，实现所述从站控制器工作模式配置信息的存储。
[0013]进一步地，所述从站控制器至少提供2个通信接口，所述通信接口的物理层都采用EBUS低压差分形式，数据流从其中一个通信接口输入，从另一个通信接口输出。
[0014]更进一步地，在2个EBUS低压差分传输线上增加共模、差模电感。
[0015]进一步地，所述从站控制器采用ET1100或ET1200。
[0016]进一步地，所述微处理器采用SPARC V8。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0018](1)本发明采用通用SPI接口实现微控制器与从站控制器的连接，连接方式不依赖于微控制器总线架构，硬件实现简单灵活。
[0019](2)本发明采用光耦隔离器实现现场侧与系统侧的电气隔离，提高了从站系统抗电磁干扰的能力。
[0020](2)本发明通过在EBUS低压差分传输线上增加共模、差模电感，提高了从站EBUS通信抗共模、差模电磁干扰的能力。
【附图说明】
[0021]图1为实时以太网EtherCAT从站系统的组成框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0023]一种实时以太网EtherCAT从站系统，其组成框图如图1所示，包括:微处理器，从站控制器，EEPROM,光耦隔离器，驱动电路。
[0024]从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议。从站控制器采用ET1100或ET1200，本实施例采用ET1200。ET1200的工作模式为00模式，即提供2个通信接口:port0和portl，且这两个通信接口的物理层都采用EBUS形式(德国倍福公司使用的LVDS的数据传输标准)，数据流从portO输入，从portl输出。为提高EBUS通信抗共、差模电磁干扰的能力，在EBUS低压差分传输线对上增加共模、差模电感。
[0025]微处理器用于实现EtherCAT从站应用层协议。本实施例的微处理器采用国产SPARC V8型32位CPU，通过SPI总线与ET1200通信，并通过8路GP10控制8路现场数据输出。CPU通过16位数据地址总线外扩静态随机存取存储器SRAM和闪存只读存储器FLASH。
[0026]CPU通过SPI响应ET1200从站协议数据包，并按数据包设置通用GP10数据，从而实现现场数据量的改变。CPU与ET1200之间除SPI通信接口外，还包括以下有三个信号:
[0027]SPI_IRQ中断信号:该信号由ET1200产生给CPU的IRQ2中断，是ET1200应用层事件中断及时钟同步中断信号，CPU通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种应用层事件中断及时钟同步中断。
[0028]LATCH_IN\S0F和0UTVALID/WD_TRIG:这两个信号主要用于判断数据输出是否有效，以保证CPU将数据输出到GP10上并使其有效。
[0029]EEPROM通过IIC总线与从站控制器ET1200相连，实现ET1200工作模式配置信息。
[0030]ET1200内部关键寄存器映射关系如下:通过EtherCAT主站将逻辑地址0X00200000映射给本数据从站设备，从站ET1200的FMMU (现场总线存储管理单元)就开始处理此地址响应，通过SyncManagerO将数据写入到0X1004开始的一个字节(8位)地址内，并产生应用层事件中断信号。CPU响应该中断信号，通过SPI将数据从0X1004地址读出，并根据LATCH_IN\S0F和OUTVALID/WD_TRIG两个信号的状态判断数据是否有效，将数据写到GP10 口，最终输出到数据现场端子上。
[0031]光耦隔离器用于实现现场侧与从站系统侧的电气隔离，提高从站系统抗电磁干扰的能力。
[0032]驱动电路与光耦隔离器连接，用于提高数据输出的驱动能力。驱动电路采用M0SFET驱动器，每个通道的驱动电流可达到500mA。
[0033]本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于包括:微处理器，从站控制器，EEPROM，光耦隔离器；其中， 所述微处理器实现EtherCAT从站应用层协议，通过SPI总线与所述从站控制器通信，响应从站协议数据包，并通过设置通用接口数据改变现场数据输出； 所述从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议； 所述EEPROM通过IIC总线与所述从站控制器连接，用于存储所述从站控制器的配置数据； 所述光耦隔离器连接所述微处理器的通用接口，通过驱动电路输出数据至现场。2.根据权利要求1所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，所述从站控制器输出中断请求信号至所述微处理器，所述微处理器通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种协议应用层事件中断及时钟同步中断；所述从站控制器输出两个信号至所述微处理器，用于判断现场数据输出是否有效。3.根据权利要求1所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，所述EEPROM通过IIC总线连接所述从站控制器，实现所述从站控制器工作模式配置信息的存储。4.根据权利要求1所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，所述从站控制器至少提供2个通信接口，所述通信接口的物理层都采用EBUS低压差分形式，数据流从其中一个通信接口输入，从另一个通信接口输出。5.根据权利要求4所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，在2个EBUS低压差分传输线上增加共模、差模电感。6.根据权利要求1所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，所述从站控制器采用 ET1100 或 ET1200。7.根据权利要求1所述的实时以太网EtherCAT从站系统，其特征在于，所述微处理器采用 SPARC V8o
【专利摘要】本发明涉及一种实时以太网EtherCAT从站系统。所述系统包括：微处理器，从站控制器，EEPROM，光耦隔离器。微处理器实现EtherCAT从站应用层协议，通过SPI总线与从站控制器通信，响应从站协议数据包，并通过设置通用接口数据改变现场数据输出。从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议。本发明采用通用SPI接口实现微控制器与从站控制器的连接，连接方式不依赖于微控制器总线架构，硬件实现简单、灵活。本发明采用光耦隔离器实现现场侧与从站系统侧的电气隔离，提高了从站系统抗电磁干扰的能力。
【IPC分类】H04L12/40
【公开号】CN105407026
【申请号】CN201510931932
【发明人】黄兵, 崔世飞, 刘骏, 任静
【申请人】中国电子信息产业集团有限公司第六研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月15日