专利名称：一种EtherCAT与RS485通信转换的网关及其通信方法
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与RS485进行通信转换的网关及其通信方法，属于工业自动化控制领域。
背景技术：
随着实时工业以太网技术的日益广泛推广，用于办公及信息自动化的以太网技术开始逐渐向下延伸，直接应用于现场设备的自动化控制。EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology)是一禾中用于工业自动化的实时、高速以太网通信协议。它具有传输容量大、传输速度快、时钟同步性高、 实现成本低、开放性好等特点。它已经作为标准化的技术，是国际标准IEC/PAS6M07以及 IS01574-4的一部分。EtherCAT使用全双工100Mb/S以太网，系统由一个通信主站和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。RS485全称为TIA/EIA-485串行通讯标准，它是一种广泛应用的工业网络技术，在多种工业自动化系统中有大量工程应用。但EtherCAT实时工业以太网与RS485在通信协议上存在明显区别，因此当自动化系统中同时存在KherCAT工业以太网和RS485时，不能直接进行互联通信，需要设计一种网关来解决这个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，实现KherCAT实时工业以太网与RS485的直接互
联通信。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是
一种EtherCAT与RS485通信转换的网关，其特征在于包括EtherCAT协议收发器(PHY)、EtherCAT协议控制器、ARM中央控制器、RS485收发器。所述的ARM中央控制器分别与KherCAT协议控制器和RS485收发器双向连接；所述的KherCAT协议控制器通过 EtherCAT协议收发器与EtherCAT工业以太网双向连接；所述的RS485收发器与RS485总线双向连接。所述的ARM中央控制器可以是以下三种之一
a.ARM7嵌入式处理器，包含32位的RISC处理器的ARM7处理器内核；
b.ARM9嵌入式处理器，包含32位的RISC处理器的ARM9处理器内核；
c.其他ARM系列嵌入式处理器。所述ARM中央控制器分别与ARM中央控制器外围电路5、配置信息存储器6、数据存储器7、程序存储器8、显示9相连。一种EtherCAT与RS485通信转换的网关的通信方法，其特征在于包括EtherCAT数据转换成RS485数据的方法和RS485数据转换成EtherCAT数据的方法，具体包括以下步骤
EtherCAT数据转换成RS485数据=EtherCAT协议收发器接收EtherCAT的数据， 并将其发送至KherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据KherCAT协议规定，接收 EtherCAT数据帧；ARM中央控制器读取EtherCAT协议控制器中的数据，经过逻辑运算处理， 生成RS485数据帧，然后将数据帧写入RS485收发器；RS485收发器接收ARM中央控制器的数据帧，并将其发送到RS485总线。RS485数据转换成EtherCAT数据RS485收发器接收RS485总线的数据，并将其发送至ARM中央控制器；ARM中央控制器读取RS485收发器中的数据，经过逻辑运算处理， 生成KherCAT数据，然后将数据写入KherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据 EtherCAT协议的规定，读取ARM中央控制器写入EtherCAT协议控制器中的数据，经过编码生成EtherCAT数据帧；EtherCAT协议收发器接收EtherCAT协议控制器的数据帧，并将其发送到KherCAT工业以太网。本发明的有益效果是，提出一种EtherCAT与RS485通信转换的网关及其通信方法，解决EtherCAT实时工业以太网与RS485总线通信的互联问题；使用ARM系列嵌入式处理器作为中央控制器，实现简单，功能全面，运行稳定，成本低廉。
图1是本发明的基本架构和工作原理； 图2是本发明的电路结构。图中1. EtherCAT协议收发器，2. EtherCAT协议控制器，3. ARM中央控制器， 4. RS485收发器，5. ARM中央控制器外围电路，6.配置信息存储器，7.数据存储器，8.程序存储器，9.显示。
具体实施例方式结合附图对本发明进行详细描述。如图1所示，一种EtherCAT与RS485通信的网关，包括EtherCAT协议收发器1、EtherCAT协议控制器2、ARM中央控制器3、RS485收发器 4。所述的ARM中央控制器3分别与EtherCAT协议控制器2和RS485收发器4双向连接； 所述的KherCAT协议控制器2通过KherCAT协议收发器1与KherCAT工业以太网双向连接；所述的RS485收发器4与RS485总线双向连接。一种EtherCAT与RS485通信的网关的通信方法，包括EtherCAT数据转换成RS485 数据的方法和RS485数据转换成EtherCAT数据的方法，具体包括以下步骤
EtherCAT数据转换成RS485数据=EtherCAT协议收发器1接收EtherCAT的数据发送至KherCAT协议控制器2 ；EtherCAT协议控制器2根据KherCAT协议规定，接收KherCAT 数据帧；ARM中央控制器3读取EtherCAT协议控制器2中的数据，经过逻辑运算处理，生成 RS485数据帧，然后将数据帧写入RS485收发器；RS485收发器接收ARM中央控制器的数据帧并发送到RS485总线。RS485数据转换成EtherCAT数据RS485收发器接收RS485总线的数据发送至 ARM中央控制器；ARM中央控制器3读取RS485收发器4中的数据，经过逻辑运算处理，生成KherCAT数据，然后将数据写入KherCAT协议控制器2 ；EtherCAT协议控制器2根据 EtherCAT协议的规定，读取ARM中央控制器3写入EtherCAT协议控制器2中的数据，经过编码生成EtherCAT数据帧；EtherCAT协议收发器1接收EtherCAT协议控制器2的数据帧并发送到KherCAT工业以太网。结合图1和图2对本发明的电路及其工作原理做进一步说明本发明的电路包括 EtherCAT协议控制电路，RS485总线控制电路，ARM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协议控制电路是KherCAT工业以太网和ARM中央控制器3 接口的主要控制电路，主要包括EtherCAT协议收发器1，EtherCAT协议控制器2和其与ARM 中央控制器3的接口电路。ARM中央控制器3通过标准的总线读写来控制EtherCAT协议控制器2发送或接收EtherCAT的数据，EtherCAT协议控制器2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协议收发器1负责将收发的数据转换成符合 EtherCAT物理层规定的电信号，同时对EtherCAT的协议控制电路进行隔离和保护。RS485总线控制电路是RS485总线和ARM中央控制器3接口的主要控制电路，主要包括RS485收发器4和其与ARM中央控制器3的接口电路。ARM中央控制器3通过标准的总线读写来控制RS485收发器4发送或接收RS485总线的数据，RS485收发器4负责将收发的数据转换成符合RS485总线物理层规定的电信号，同时对RS485的总线控制电路进行隔离和保护。如图2所示ARM中央控制器3及其外围电路实现了网关的中央控制功能，主要包括ARM中央控制器3、ARM中央控制器外围电路5、配置信息存储器6、数据存储器7、程序存储器8、显示9。ARM系列处理器内核是32位的RISC处理器，支持Thumb (16位)/ARM (32 位)双指令集，主要负责运行用户的应用程序。程序存储器8由非易失性闪存(FLASH)或非易失铁电存储器(F-RAM)组成，永久保存应用程序；数据存储器7由同步动态随即访问存储器(SDRAM)组成，用于代码运行时的内存分配及实时数据的存储。配置信息存储器6由非易失铁电存储器(F-RAM)组成，存储总线配置信息数据、用户配置信息及用户需永久保存的数据信息。用户可以通过编程工具进行应用存储器的编写和编译，生成二进制代码文件后， 通过网络接口、串口或JTAG接口下载至程序存储器8中，ARM中央控制器3将自动加载并执行用户应用程序，对总线进行逻辑处理，并进行管理及显示9等其他功能。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。
权利要求
1.一种EtherCAT与RS485通信转换的网关，其特征在于包括EtherCAT协议收发器、EtherCAT协议控制器、ARM中央控制器、RS485收发器，所述ARM中央控制器分别与KherCAT协议控制器和RS485收发器双向连接；所述的KherCAT协议控制器通过 EtherCAT协议收发器与EtherCAT工业以太网双向连接；所述的RS485收发器与RS485总线双向连接。
2.根据权利要求1所述的EtherCAT与RS485通信的网关，其特征在于所述ARM中央控制器为以下三种之一a.ARM7嵌入式处理器，包含32位的RISC处理器的ARM7处理器内核；b.ARM9嵌入式处理器，包含32位的RISC处理器的ARM9处理器内核；c.其他ARM系列嵌入式处理器。
3.根据权利要求1所述的EtherCAT与RS485通信转换的网关，其特征在于所述ARM 中央控制器分别与ARM中央控制器外围电路5、配置信息存储器6、数据存储器7、程序存储器8、显示9相连。
4.一种EtherCAT与RS485通信转换的网关的通信方法，其特征在于，包括以下步骤EtherCAT数据转换成RS485数据=EtherCAT协议收发器接收KherCAT的数据，并将其发送至KherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据KherCAT协议规定，接收 EtherCAT数据帧；ARM中央控制器读取EtherCAT协议控制器中的数据，经过逻辑运算处理， 生成RS485数据帧，然后将数据帧写入RS485收发器；RS485收发器接收ARM中央控制器的数据帧，并将其发送到RS485总线；RS485数据转换成EtherCAT数据RS485收发器接收RS485总线的数据，并将其发送至ARM中央控制器；ARM中央控制器读取RS485收发器中的数据，经过逻辑运算处理， 生成EtherCAT数据，然后将数据写入KherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据 EtherCAT协议的规定，读取ARM中央控制器写入EtherCAT协议控制器中的数据，经过编码生成EtherCAT数据帧；EtherCAT协议收发器接收EtherCAT协议控制器的数据帧，并将其发送到KherCAT工业以太网。
全文摘要
本发明公开了一种EtherCAT与RS485通信转换的网关及其通信方法，所述的网关包括EtherCAT协议控制器、EtherCAT收发器、ARM中央控制器、RS485收发器。ARM中央控制器分别与EtherCAT协议控制器和RS485收发器双向连接；所述的EtherCAT协议控制器通过EtherCAT协议收发器与EtherCAT工业以太网双向连接；所述的RS485收发器与RS485总线双向连接。本发明通过ARM中央控制器实现了EtherCAT协议控制器与RS485收发器的数据交换，解决了EtherCAT实时工业以太网与RS485总线通信的互联问题。
文档编号H04L12/46GK102263709SQ20111024245
公开日2011年11月30日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者王丹麟, 谢李丹, 邬东晓, 鹿海霞 申请人:国电南京自动化股份有限公司