专利名称：实时工业以太网EtherCAT通信控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微处理器的实时工业以太网EtherCAT(Ethemet for Control and Automation Technology)通信控制器，属于工业自动化控制领域。(二) 背景技术-EtherCAT是一种用于工业自动化的以太网技术，是国际标准IEC/PAS62407 以及IS015745-4的一部分。EtherCAT使用全双工100Mb/s以太网，系统由一 个基于PC计算机的控制和通信主站以及若干从站通信节点组成，主站使用标 准的以太网控制器，协议和驱动程序由软件实现。从站通信节点使用转发器处 理技术。如图l所示，PC计算机主站l,具有标准100BASE-TX以太网卡，2 为通信电缆，3、 4、 5为通信节点。控制周期由主站发起，发出下行电报，报 文的最大有效数据长度为1486字节。在下行电报经过从站通信节点时，从站通 信节点从报文中按地址读取各自的指令数据，并将状态数据插入到报文中。每 个从站通信节点大约产生10ns的时间延迟。当下行电报到达最后一个从站通信 节点后，该节点将电报作为上行电报经过各个通信节点发回，到达主站，表示 一次通信结束。控制和通信主站通常为基于PC计算机的工业自动化控制装置， 例如数控机床控制器(CNC)和可编程控制器；从站通信节点通常连接数字 伺服驱动器、开关量输入输出等工业自动化执行设备以及传感器。EtherCAT主站通常为PC计算机，使用实时操作系统，或者对普通操作系 统进行实时扩展，限制了系统的应用范围，特别是限制了在非PC计算机控制 系统和嵌入式控制系统中的应用。(三)
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微处理器的嵌入式EtherCAT通信控制器， 使用户在应用EtherCAT技术时，不必开发复杂的主站通信程序，只需要开发
简单的从站通信节点驱动程序，就能实现逻辑控制主站与逻辑控制从站之间的 通信，极大地简化了控制主站的通信驱动程序开发工作。本发明一种实时工业以太网EtherCAT通信控制器，由通信控制器及其配 套的计算机程序组成。通信控制器是由内嵌100Mb/s以太网控制器和USB接口控制器的微处理 器、以太网接口电路、USB接口电路、FLASH存储器以及其它辅助电路组成; 微处理器为核心器件，操作各外围电路来实现功能；通信控制器作为EtherCAT 通信主站使用通信电缆连接外部节点。其中，通信控制器可以由上位PC计算机通过USB接口对通信参数进行离 线(offline)配置，配置参数存储在通信控制器的FLASH存储器中，供系统 独立运行时使用。配套的计算机程序包括基于微处理器的EtherCAT主站通信程序和基于PC 的配置软件。该EtherCAT主站通信程序的一个通信周期由两个EtherCAT数据 帧组成，第一个数据帧定义为取数据帧，读取各个从站通信节点的输出数据， 第二个数据定义为发数据帧，将取回的数据经过整理发送给相应的从站通信节 点，从而实现逻辑控制主站和逻辑控制从站之间的数据交换。通信控制器根据 配置参数配置数据帧中的报文(位置和长度)，使各个从站通信节点进行读写操 作，实现通信任务。在本发明中，控制系统在逻辑上也可以实现多逻辑控制主 站系统。在系统安装阶段，该基于PC的配置软件可以通过USB总线电缆与通 信控制器通信，通过下载配置参数完成对通信控制器的任务和工作参数配置， 该配置参数包括通信周期、逻辑控制主站和从站与通信节点的映射关系、报文 地址、报文长度等。本发明一种实时工业以太网EtherCAT通信控制器，其优点及功效在于 l.扩大了 EtherCAT技术的使用范围，控制主站可以是非PC计算机控制系统和 嵌入式控制装置;2.不必深入了解EtherCAT技术的细节以就可以实现EtherCAT 的应用。
-图1是EtherCAT协议运行原理；
图2是本发明的工作原理示意图；图3是本发明软件流程图；图4是本发明的数据取发周期控制图；图5是本发明由计算机配置的示意图；图6是图2中通信控制器7的结构示意图,图中具体标号如下1、 PC计算机主站 6、 EtherCAT数据帧 9、取数据帧 12、 USB总线电缆 15、 USB接口电路2、通信电缆7、通信控制器10、发数据帧13、计算机16、以太网接口电路3、 4、 5、通信节点8、控制单元11、取发数据周期时间14、微处理器17、 FLASH存储器具体实施例方式本发明一种实时工业以太网EtherCAT通信控制器，由通信控制器及其配 套的计算机程序组成。该通信控制器，如图6所示，其是由内嵌100Mb/s以太网控制器和USB 接口控制器的微处理器14、以太网接口电路16、 USB接口电路15、 FLASH存 储器17以及其它辅助电路组成；2为通信电缆，12为USB总线电缆。微处理 器14为核心器件，操作各外围电路来实现功能；通信控制器7作为EtherCAT 通信主站使用通信电缆2连接外部节点。以太网接口电路16和微处理器14共 同完成收发以太网数据帧的功能。配套的计算机程序包括基于微处理器的EtherCAT主站通信程序和基于PC 的配置软件。请参阅图2所示，通信控制器7产生和控制EtherCAT数据帧在 线路中的循环。将通信节点3定义为逻辑控制主站，由控制单元8进行操作； 将通信节点4、 5定义为逻辑控制从站。 一个通信周期由EtherCAT数据帧9和 IO组成，通信过程如下1.通信控制器7发出取数据帧9，在取数据帧9经过 通信节点3时，逻辑控制主站将对逻辑控制从站的控制命令写在规定的报文 中；在取数据帧9经过通信节点4、 5时，逻辑控制从站将各自的状态数据写在 规定的报文中；2.取数据帧9返回到通信控制器7，通信控制器7对取数据帧
9处理，产生发数据帧10; 3.发出发数据帧10，在发数据帧10经过通信节点3 时，逻辑控制主站在规定的报文中读取各逻辑控制从站的状态数据，在发数据 帧10经过通信节点4、 5时，各逻辑控制从站从规定的报文中读取逻辑控制主 站发出的控制命令。本发明软件流程如图3所示。通信控制器7周期性地进行 数据取发操作，如图4所示，其中11为取发数据的周期时间，通常根据控制任 务要求和控制站点数量在0.1-10毫秒之间选择。其中，通信控制器7可以由上位PC计算机通过USB接口对通信参数进行 离线(offline)配置，配置参数存储在通信控制器的FLASH存储器17中，供 系统独立运行时使用。该配置参数包括通信周期、逻辑控制主站和从站与通 信节点的映射关系、报文地址、报文长度等。图5是由PC计算机配置本发明 中通信控制器的示意图。在PC计算机13上运行配置软件，通过USB总线电 缆12读写通信控制器7上的系统配置参数。
权利要求
1、一种实时工业以太网EtherCAT通信控制器，其特征在于其是由通信控制器及其配套的计算机程序组成；所述的通信控制器是由内嵌100Mb/s以太网控制器和USB接口控制器的微处理器、以太网接口电路、USB接口电路、FLASH存储器以及其它辅助电路组成； 该微处理器为核心器件，操作各外围电路；通信控制器作为EtherCAT通信主站使用通信电缆连接外部节点；该通信控制器可以由上位PC计算机通过USB接口对通信参数进行离线配置，配置参数存储在通信控制器的FLASH存储器中，供系统独立运行时使用；所述的配套的计算机程序包括基于微处理器的EtherCAT主站通信程序和基于PC的配置软件；该EtherCAT主站通信程序的一个通信周期由两个EtherCAT数据帧组成，第一个数据帧定义为取数据帧，读取各个从站通信节点的输出数据，第二个数据定义为发数据帧，将取回的数据经过整理发送给相应的从站通信节点，从而实现逻辑控制主站和逻辑控制从站之间的数据交换；在系统安装阶段，该基于PC的配置软件可以通过USB总线电缆与通信控制器通信，通过下载配置参数完成对通信控制器的任务和工作参数配置。
2、 根据权利要求1所述的实时工业以太网EtherCAT通信控制器，其特征在于 所述的通信控制器根据配置参数配置数据帧中的报文，使各个从站通信节点进 行读写操作。
3、 根据权利要求1或2所述的实时工业以太网EtherCAT通信控制器，其特征 在于所述的配置参数包括通信周期、逻辑控制主站和从站与通信节点的映射 关系、报文地址、报文长度。
全文摘要
本发明涉及一种实时工业以太网EtherCAT通信控制器，其是由通信控制器及其配套的计算机程序组成；该通信控制器是由微处理器、以太网接口电路、USB接口电路、FLASH存储器以及其它辅助电路组成；该配套的计算机程序包括基于微处理器的EtherCAT主站通信程序和基于PC的配置软件；该EtherCAT主站通信程序的一个通信周期由两个EtherCAT数据帧组成，第一个数据帧为取数据帧，读取各从站通信节点的输出数据，第二个数据为发数据帧，将取回的数据经整理发送给相应的从站通信节点，实现逻辑控制主站和逻辑控制从站之间的数据交换；基于PC的配置软件通过USB总线电缆与通信控制器通信，通过下载配置参数完成对通信控制器的任务和工作参数配置。
文档编号G05B19/418GK101132328SQ20071012031
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者刘艳强, 肖文磊, 极 郇 申请人:北京航空航天大学