，并完成EtherCAT帧的发送；
[0053]所述物理层芯片与所述EtherCAT通信控制器之间采用媒体独立接口MII进行连接，所述物理层芯片用于数据编码和电平转换。
[0054]为了实现通信节点的同步，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信控制器中采用IEEE1588分布时钟，可实现Ius的时钟同步精度。因此，在一次通信过程中，一个以太网帧可以交换I486个字节的过程数据，通信周期lOOus，从而可以满足控制领域对实时性通信的要求。
[0055]在本实用新型的技术方案中，EtherCAT通信控制器是核心部件。较佳的，在本实用新型的具体实施例中，EtherCAT通信控制器中可以预先设置(例如，内部固化)EtherCAT数据链路层和物理层协议，从而可以实现EtherCAT数据帧的提取和插入，并通过内部数据存储区(即所述存储器，可包括4KB的寄存器空间和I?60KB的用户数据区)完成从站本地与主站的数据交换。
[0056]另外，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信控制器中还设置有应用层状态控制寄存器。
[0057]此时，每个EtherCAT从站设备(即所述的驱动器实时同步通信装置，下同)都具有可寻址的存储区，因此便于主站与从站之间进行数据的读写与交互。一个以太网报文内部可以嵌入多个EtherCAT子报文，每个子报文都有其相应的数据存储区。图2为EtherCAT通信协议的报文结构图。EtherCAT数据帧结构可参考图2中所示的EtherCAT通信协议的报文结构图。
[0058]在本实用新型的技术方案中，为了规范驱动器的运行，所述主控制板采用状态机(ESM)来协调主、从站的当前状态以及状态改变，并完成网络内各从站设备的配置。
[0059]在本实用新型的技术方案中，EtherCAT从站的状态机可以有五种状态，分别为:初始化(Init)状态、预运行(Pre-Operat1nal)状态、安全运行(Safe-Operat1nal)状态、运行(Operat1nal State)状态和引导(Boot-Strap)状态。其中，引导状态是可选项，只能从初始化状态到引导状态，或者从引导状态返回到初始化状态。
[0060]EtherCAT从站在从低级别状态向高级别状态转换时，必须遵循“初始化-预运行-安全运行-运行”的顺序逐级进行，不能越级式转换。但在从高级别向低级别状态转换，也即状态返回时，则不受此限制，允许跳跃式转换。
[0061 ]因此，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述主控制板可以完成以下所述的任务:
[0062](I)初始化任务:
[0063]所述主控制板，可以用于初始化主控制板(DSP微处理器)与EtherCAT通信模块(EtherCAT通信控制器)，选择过程数据接口类型，使能ESC中断服务，初始化CoE对象字典，设置邮箱与过程数据的缓存通道初始参数，设置EtherCAT协议相关变量；
[0064](2)状态机任务:
[0065]所述主控制板，可以用于对预设的状态机进行切换操作，完成状态机的跳转。
[0066]例如，在本实用新型的技术方案中，各从站设备状态的变化请求均由主站发起，SP主站通过发送网络报文，改变从站中的应用层状态控制寄存器中第一指定区域的值，例如，在本实用新型的较佳具体实施例中，所述第一指定区域的值可以是应用层状态控制寄存器中(0x120?0x121)的值;从站的主控制板读取所述应用层状态控制寄存器中第一指定区域的值，并将主控制板中的状态机切换到与所读取的值相对应的状态。如果切换成功，则将结果写入所述应用层状态控制寄存器中第二指定区域，例如，在本实用新型的较佳具体实施例中，所述第二指定区域可以是所述应用层状态控制寄存器中的(0x130?0x131);根据当前状态设置同步存储(SM)或现场总线存储管理单元(FMMU)通道参数，启动或停止从站处理的数据服务类型。如果切换失败，则从站将维持原状态不变，并给出错误标志指示，将错误码写入到所述应用层状态控制寄存器的第三指定区域，例如，在本实用新型的较佳具体实施例中，所述第三指定区域可以是所述应用层状态控制寄存器中的(0x134?0x135)。
[0067](3)数据通信任务:
[0068]所述主控制板，可以用于完成非周期性数据与过程数据通信的通道参数设置以及通信数据的处理，实现邮箱数据与实时过程数据的通信服务。当启动过程数据通信服务后，从站以查询或中断模式处理周期性过程数据。
[0069]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述DSP处理器可以是TI公司生成的的TMS320F28335。
[0070]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信控制器可以是ETllOO芯片。
[0071]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述物理层芯片可以是MICRELKS8721BL芯片。
[0072]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信控制器对外的与所述DSP处理器之间的接口可以是串行口 SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口 )或者8 116位总线接口MCI(MicroController Interface，微控制器接口 )。
[0073]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信控制器与所述物理层芯片之间的接口可以是EBUS或者MII接口；所述EtherCAT通信控制器与所述存储器(例如，EEPROM存储器)之间的接口可以是IIC接口。
[0074]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，根据DSP处理器对实时性及数据量的要求，可以采用MCI微控制器接口来传送数据，所述EtherCAT通信控制器提供双端口 RAM，DSP处理器(CoE，CANOpen over EtherCAT，在EtherCAT上运行控制局域网CANOpen协议)可以将EtherCAT通信控制器的数据和状态映射到DSP处理器的存储空间中，由DSP处理器填写和处理待发送的数据。
[0075]在本实用新型的技术方案中，可以根据如下所述的具体实施方案来实现本实用新型的目的:
[0076]1.按照实时通信装置的电路组成原理，设计原理图和PCB图，制作硬件电路板。
[0077]例如，可以根据图4所示的驱动器实时同步通信装置的原理框图设计出相应的电路。
[0078]2.按照通信协议要求，设计EtherCAT实时通信程序。
[0079]较佳的，在本实用新型的技术方案中，EtherCAT实时通信程序可以由三层组成:应用层(AL)、EtherCAT数据链路层(DL)和EtherCAT物理层。
[0080]其中，应用层(AL)主要完成状态机处理，周期性过程数据的处理以及非周期性邮箱数据的处理等。
[0081]3.所有模块整合并测试。
[0082]将各个模块相互连接，并把EtherCAT实时通信模块下载到主控板中，根据实时通信的要求，进行整合测试，运行相应的流程。
[0083]开始先进行硬件初始化和协议桟的初始化。读取事件请求寄存器，在MainLoopO函数中，周期查询并处理过程数据和非周期事件。
[0084]上位机采用TwinCAT软件，设置同步周期500us，启用同步时钟，使用示波器测试从站输出的中断脉冲周期，可发现测试误差小于50us，可满足驱动器的实时同步要求。
[0085]综上可知，在本实用新型所提供的驱动器实时同步通信装置中，由于使用了主控制板和基于EtherCAT协议的EtherCAT通信模块，因此通过硬件的方式实现了以太网协议报文的通信，主站只与第一个从站连接，其它从站设备依次串行连接，构成环路后原路返回，充分利用了以太网的全双工特性，可满足实时性同步要求。
[0086]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
【主权项】
1.一种驱动器实时同步通信装置，其特征在于，该装置包括:主控制板、EtherCAT通信模块、与主控制板相连的功率驱动板和与EtherCAT通信模块相连的存储器； 所述主控制板与所述EtherCAT通信模块使用并行总线或串行外设接口连接； 所述EtherCAT通信模块将所接收的数据和/或提取得到的EtherCAT数据发送给所述主控制板和存储器； 所述主控制板中设置有数字信号处理器和状态机，所述数字信号处理器接收外部数据，通过功率驱动板对外接电机发送驱动信号，并向所述状态机发送切换操作信号，完成主站指定的状态跳转； 所述存储器存储所接收到的数据，并根据读取指令信号将相应的数据发送给EtherCAT通信模块。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述EtherCAT通信模块包括=EtherCAT通信控制器和两个物理层芯片； 所述EtherCAT通信控制器从所接收到的EtherCAT帧信号中提取EtherCAT数据，并将所提取的EtherCAT数据发送给所述主控制板和存储器，或者将要发送的数据插入EtherCAT帧信号中进行发送； 所述物理层芯片与所述EtherCAT通信控制器之间采用媒体独立接口 MII进行连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于: 所述主控制板发送初始化信号到数字信号处理器与EtherCAT通信控制器，发送中断服务使能信号到EtherCAT通信控制器。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于， 所述主控制板向状态机发送状态切换信号，并在接收到状态机返回的切换成功信号后，向应用层状态控制寄存器发送写信号。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于: 所述EtherCAT通信控制器对外的与所述数字信号处理器之间的接口为串行外设接口或者微控制器接口。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于: 所述EtherCAT通信控制器与所述物理层芯片之间的接口为EBUS接口或者媒体独立接□接口； 所述EtherCAT通信控制器与所述存储器之间的接口为IIC接口。
【专利摘要】本实用新型公开了一种驱动器实时同步通信装置。该装置包括：主控制板、EtherCAT通信模块、功率驱动板和存储器。通过使用本实用新型所提供的驱动器实时同步通信装置，可以以硬件的方式实现以太网协议报文的通信，满足实时性同步要求。
【IPC分类】H04L7/00
【公开号】CN205304824
【申请号】
【发明人】邹金欣, 曹为理, 陈卫彬, 张允志, 李帅, 刘超, 李景银, 孙宏伟, 花磊
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一六研究所, 江苏杰瑞科技集团有限责任公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年11月21日