【摘要】：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng),廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域,被稱為工業(yè)系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”。然而,由于工業(yè)控制領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致當(dāng)今國(guó)際上存在多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線的接口各不相同,限制了用戶對(duì)總線產(chǎn)品的選擇,一個(gè)型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)只能支持一種現(xiàn)場(chǎng)總線,增加了制造和使用成本,推高了數(shù)控系統(tǒng)的制造及應(yīng)用推廣難度。基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的主站都基于相同的硬件架構(gòu)和外圍電路,其功能均可采用FPGA+phy芯片實(shí)現(xiàn),所以基于此本文提出了一種采用FPGA可重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一套數(shù)控系統(tǒng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線的方法,并在藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ether CAT與SSB-III兩種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的支持。首先,論文研究了Ether CAT總線協(xié)議,使用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了具有PCI總線接口的Ether CAT主站通信控制器,并使用Modelsim仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,使用Signaltap II在線邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了在線調(diào)試驗(yàn)證。其次,論文對(duì)提出的采用FPGA技術(shù)對(duì)多種現(xiàn)場(chǎng)總線可重構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線可重構(gòu)設(shè)計(jì)總體方案和基于FPGA的可重構(gòu)設(shè)計(jì)原理,對(duì)PMON系統(tǒng)下配置FPGA方法與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,其中包括相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)、PMON添加配置FPGA命令、編譯PMON過(guò)程等,并對(duì)該方法進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線可重構(gòu)設(shè)計(jì)方法的實(shí)施流程進(jìn)行了介紹。最后,搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),對(duì)設(shè)計(jì)的Ether CAT主站通信控制器進(jìn)行了實(shí)際的聯(lián)機(jī)測(cè)試,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。對(duì)提出的現(xiàn)場(chǎng)總線可重構(gòu)設(shè)計(jì)方法在藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)上進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性、正確性。
【圖文】：

圖 2-1 EtherCAT 運(yùn)行原理以使以太網(wǎng)直達(dá)端子模塊。EtherCAT 中的耦合端子模塊可 100BASE-TX 以太網(wǎng)的傳遞報(bào)文轉(zhuǎn)換為 EBUS 總線信號(hào)使用的 LVDS 標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)），可以滿足模塊就可以隨意對(duì)模塊化設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展，隨時(shí)地從底層物理層物理層之間的轉(zhuǎn)換，而不需要其他物理介質(zhì)。所以符合標(biāo)無(wú)需附加任何總線即可訪問(wèn)各個(gè)設(shè)備。統(tǒng)組成 主站站可由傳統(tǒng)的 PC 或嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)[14]。硬件組成方面，信板卡，普通的網(wǎng)卡即可滿足通訊需要，傳輸介質(zhì)可以使或光纖電纜。主站的硬件連接如圖 2-2 所示。以太網(wǎng)控制伺服設(shè)備伺服設(shè)備伺服設(shè)備

圖 2-8 直連模式下連接方式直連模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在邏輯上等效于環(huán)形總線：在環(huán)的一端，主站直接插入以太網(wǎng)幀，在環(huán)的另一端接受處理完畢并返回幀。數(shù)據(jù)幀從首個(gè)從站依次向下傳最后一個(gè)從站將處理好的幀返回主設(shè)備。直連模式將所有的從站設(shè)備看成一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備，即一個(gè) EtherCAT 網(wǎng)段，所以在以太網(wǎng)幀頭的目的地址 6 個(gè)字節(jié)全為 1開放模式下，可以將若干個(gè)從站組成的以太網(wǎng)設(shè)備、若干主站設(shè)備和普通以太網(wǎng)設(shè)備連接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，如圖 2-9 所示。在 EtherCAT 網(wǎng)段的首個(gè)從設(shè)備具有 ISO/IEC8802.3 的 MAC 地址，該地址標(biāo)識(shí)整個(gè)網(wǎng)段，用于對(duì)整個(gè)網(wǎng)段進(jìn)行尋址，這個(gè)從站被稱為段從站設(shè)備，它能在以太網(wǎng)幀內(nèi)進(jìn)行目標(biāo)地址和源地址的交換工作。主站 從站 1從站 2 從站 3主站 1以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP273;TN791

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張宇;范建華;呂遵明;王統(tǒng)祥;;FPGA動(dòng)態(tài)部分可重構(gòu)技術(shù)概述[J];計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化;2014年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 鄧朋法;基于FPGA的可重構(gòu)SHA安全芯片設(shè)計(jì)[D];大連海事大學(xué);2011年

2 向乾亮;實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EtherCAT系統(tǒng)設(shè)計(jì)及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];華北電力大學(xué)（北京）;2008年

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本文編號(hào)：2546789