專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有實(shí)時(shí)性的profinet總線接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，特別涉及一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置。
背景技術(shù)：
PROFINET 由是由 PROFINET & PROFINET International (PI)國(guó)際組織推出的開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET具有以下特點(diǎn):(I) PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)；(2) PROFINET遵循TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)；PROFINET是實(shí)時(shí)以太網(wǎng)；(3) PROFINET可以無(wú)縫集成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。這些特點(diǎn)決定了 PROFINET作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，能為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，并且作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(如PROFINET)技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，PROFINET支持下列三種通信方式:(I) TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信；
(2)實(shí)時(shí)(RT)通信；(3)同步實(shí)時(shí)(IRT)通信。其實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。對(duì)于TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信，PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管其響應(yīng)時(shí)間大概在100 ms的量級(jí)，不過(guò)，對(duì)于工廠控制級(jí)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間足夠。對(duì)于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求更為嚴(yán)格，大概需要5 -1Oms的響應(yīng)時(shí)間。PROFINET提供了一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層的實(shí)時(shí)通信通道，通過(guò)該實(shí)時(shí)通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通信棧中的處理時(shí)間，因此，PROFINET獲得了等同、甚至超過(guò)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制要求，PROFINET的同步實(shí)時(shí)( Isochronous Real-Time, IRT)技術(shù)可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的高速通信需求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時(shí)間要小于1ms，抖動(dòng)誤差要小于I μ s，以此來(lái)保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)。PROFINET雖然兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信協(xié)議，但對(duì)于有實(shí)時(shí)性通信要求的設(shè)備而言，接入PROFINET必須支持PROFINET協(xié)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的擴(kuò)展部分，而不是用常規(guī)的以太網(wǎng)接口方式即可順利地接入。因此，傳統(tǒng)上對(duì)于這部分應(yīng)用設(shè)備的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，只能遵循開(kāi)放的PROFINET協(xié)議，從底層將PROFINET接口開(kāi)發(fā)納入到整個(gè)應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)中。由于PROFINET協(xié)議較為復(fù)雜，這種開(kāi)發(fā)方式對(duì)一般的應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)難度較大，周期較長(zhǎng)?，F(xiàn)有接入技術(shù)方案不具有滿足PROFINET實(shí)時(shí)性通信模式的能力，只能要求開(kāi)發(fā)者使用專(zhuān)用芯片或模塊，直接從PROFINET底層開(kāi)發(fā)做起，其開(kāi)發(fā)工作需要涉及到PROFINET的具體細(xì)節(jié)，這樣會(huì)使開(kāi)發(fā)難度和周期大大增加。例如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201120090299.6，專(zhuān)利申請(qǐng)日為2011年3月31日，名稱(chēng)為“基于ANYBUS-S模塊的PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)輸入輸出單元”的實(shí)用新型專(zhuān)利，其具體技術(shù)方案為:一種基于ANYBUS-S模塊的PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)輸入輸出單元，包括:PR0FINET接口單元，完成對(duì)ANYBUS-S的初始化并控制其用于與PROFINET之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；1/0接口單元，通過(guò)8255進(jìn)行單片機(jī)1/0 口擴(kuò)展，通過(guò)光耦隔離和AD、DA轉(zhuǎn)換電路完成外圍數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)的處理；短路保護(hù)與自診斷單元，在I/O接口單元電路中發(fā)生短路時(shí)，斷開(kāi)電源給予短路保護(hù)，并將短路過(guò)程中的診斷數(shù)據(jù)傳送給PROFINET 接口單元。上述專(zhuān)利為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的IO控制功能，就要求開(kāi)發(fā)者使用專(zhuān)用模塊ANYBUS-S，然后通過(guò)微控制器以及鎖存器與專(zhuān)用模塊ANYBUS-S通過(guò)地址、數(shù)據(jù)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，而這部分開(kāi)發(fā)工作耗時(shí)而又繁瑣。同時(shí)這種PROFINET接入也不具有實(shí)時(shí)通信能力。

發(fā)明內(nèi)容
為減少開(kāi)發(fā)難度和縮短開(kāi)發(fā)周期，使設(shè)備開(kāi)發(fā)者集中于應(yīng)用設(shè)備本身以及應(yīng)用設(shè)備而無(wú)需過(guò)多關(guān)注PROFINET協(xié)議細(xì)節(jié)，現(xiàn)提出不需要開(kāi)發(fā)者使用專(zhuān)用芯片或模塊、并且具有實(shí)時(shí)通信能力的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:包括PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、控制模塊以及應(yīng)用設(shè)備接口模塊，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接至PROFINET總線，所述數(shù)據(jù)緩存模塊與PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊相連，所述控制模塊與數(shù)據(jù)緩存模塊相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊與所述控制模塊相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊通過(guò)應(yīng)用設(shè)備通訊總線與應(yīng)用設(shè)備相連。所述各相連模塊之間的信號(hào)均為雙向傳遞。各部分的工作原理如下:
所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)PROFINET物理層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層通信協(xié)議，負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊處提取原始數(shù)據(jù)，然后以PROFINET協(xié)議報(bào)文的形式發(fā)送至PROFINET總線；同時(shí)負(fù)責(zé)從PROFINET總線接收協(xié)議報(bào)文，以原始數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到所述數(shù)據(jù)緩存模塊中。所述數(shù)據(jù)緩存模塊負(fù)責(zé)分別存儲(chǔ)欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和欲轉(zhuǎn)發(fā)至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，從而使所述PROFINET總線接口裝置達(dá)到實(shí)時(shí)通信模式的要求，為防止數(shù)據(jù)沖突，發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)分別放置于不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊中。所述控制模塊負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊中獲取欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備的原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊，同時(shí)從所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊處提取應(yīng)用設(shè)備欲發(fā)送至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至所述數(shù)據(jù)緩存模塊。所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊負(fù)責(zé)按照應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議，從應(yīng)用設(shè)備處獲取原始數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給所述控制模塊，同時(shí)也將所述控制模塊從PROFINET總線上獲取的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備通信總線上。總線接口裝置包括PROFINET總線通信單元7、數(shù)據(jù)緩沖器8、微控制器9、以及總線收發(fā)器10，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊為PROFINET總線通信單元，PROFINET總線通信單元包括PROFINET物理層接口和PROFINET通信控制器，數(shù)據(jù)緩存模塊為數(shù)據(jù)緩沖器，所述控制模塊為微控制器內(nèi)核，應(yīng)用設(shè)備接口模塊為SPI總線接口單元，所述SPI總線接口單元包括SPI總線控制器和總線收發(fā)器；所述PROFINET物理層接口和PROFINET通信控制器信號(hào)連接，PROFINET通信控制器與數(shù)據(jù)緩沖器信號(hào)連接，微控制器內(nèi)核與數(shù)據(jù)緩沖器信號(hào)連接，SPI總線控制器與微控制器內(nèi)核 信號(hào)連接，總線收發(fā)器與SPI總線控制器信號(hào)連接，應(yīng)用設(shè)備通過(guò)SPI總線與總線收發(fā)器信號(hào)連接，PROFINET總線與PROFINET物理層接口信號(hào)連接?？偩€接口裝置包括PROFINET總線通信單元13、數(shù)據(jù)緩沖器14、微控制器15、以及電平轉(zhuǎn)換器16。其中PROFINET總線通信單元13在物理上包括PROFINET物理層接口 13a以及PROFINET通信控制器13b ;微控制器15在物理上包括微控制器內(nèi)核15a和IO外設(shè)控制器15b ;在邏輯上，PROFINET總線通信單元13對(duì)應(yīng)于所述的PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2，數(shù)據(jù)緩沖器14對(duì)應(yīng)于所述的數(shù)據(jù)緩存模塊3，微控制器內(nèi)核15a對(duì)應(yīng)于所述的控制模塊4，IO外設(shè)控制器15b和電平轉(zhuǎn)換器16組成的并口接口單元17對(duì)應(yīng)于所述的應(yīng)用設(shè)備接口模塊5。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置使得應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者只需采用已有的、標(biāo)準(zhǔn)的通信接口方式即可方便、快速地完成與PROFINET總線接口裝置的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與PROFINET總線的接入。本發(fā)明將為應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)已知的、不涉及PROFINET底層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，這會(huì)使應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者感覺(jué)是在和已有的標(biāo)準(zhǔn)總線通信一樣。2、一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置中的所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊可以根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)備通信總線(如并口、UART、SP1、I2C、PCI)等進(jìn)行適配，以滿足不同的應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者的需求。3、一 種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置中采用了所述數(shù)據(jù)緩存模塊，通過(guò)這種方式能夠方便地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的高速數(shù)據(jù)交換，為具有實(shí)時(shí)性要求的PROFINET通信提供保障。本發(fā)明創(chuàng)造性地用于PROFINET總線接口裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的高速數(shù)據(jù)交換，以滿足PROFINET實(shí)時(shí)工作模式的需求。


圖1是PROFINET總線體系結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的PROFINET總線接口裝置的邏輯組成框圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的PROFINET總線接口裝置的物理實(shí)現(xiàn)框圖。圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例的PROFINET總線接口裝置的工作流程圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的PROFINET總線接口裝置的物理實(shí)現(xiàn)框圖。附圖中:PR0FINET總線接口裝置1、6、12，PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2，數(shù)據(jù)緩存模塊3，控制模塊4，應(yīng)用設(shè)備接口模塊5，PROFINET總線通信單元7，PROFINET物理層接口 7a，PROFINET通信控制器7b，數(shù)據(jù)緩沖器8，微控制器9，微控制器內(nèi)核9a，SPI總線控制器％，總線收發(fā)器10，SPI總線接口單元11，PROFINET總線通信單元13，PROFINET物理層接口13a，PROFINET通信控制器13b，數(shù)據(jù)緩沖器14，微控制器15，微控制器內(nèi)核15a，10外設(shè)控制器15b,電平轉(zhuǎn)換器16。
具體實(shí)施例方式一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置包括PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2、數(shù)據(jù)緩存模塊3、控制模塊4以及應(yīng)用設(shè)備接口模塊5，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2連接至PROFINET總線，所述數(shù)據(jù)緩存模塊3與PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2相連，所述控制模塊4與數(shù)據(jù)緩存模塊3相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊5與所述控制模塊4相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊5通過(guò)應(yīng)用設(shè)備通訊總線與應(yīng)用設(shè)備相連。所述各相連模塊之間的信號(hào)均為雙向傳遞。所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2實(shí)現(xiàn)PROFINET物理層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層通信協(xié)議，負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊3處提取原始數(shù)據(jù)，然后以PROFINET協(xié)議報(bào)文的形式發(fā)送至PROFINET總線；同時(shí)負(fù)責(zé)從PROFINET總線接收協(xié)議報(bào)文，以原始數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到所述數(shù)據(jù)緩存模塊3中。所述數(shù)據(jù)緩存模塊3負(fù)責(zé)分別存儲(chǔ)欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和欲轉(zhuǎn)發(fā)至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，從而使所述PROFINET總線接口裝置I達(dá)到實(shí)時(shí)通信模式的要求，為防止數(shù)據(jù)沖突，發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)分別放置于不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊中。所述控制模塊4負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊3中獲取欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備的原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊5，同時(shí)從所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊5處提取應(yīng)用設(shè)備欲發(fā)送至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至所述數(shù)據(jù)緩存模塊3。所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊5負(fù)責(zé)按照應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議，從應(yīng)用設(shè)備處獲取原始數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給所述控制模塊4，同時(shí)也將所述控制模塊4從PROFINET總線上獲取的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備通信總線上。總線接口裝置包括PROFINET總線通信單元7、數(shù)據(jù)緩沖器8、微控制器9、以及總線收發(fā)器10，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊為PROFINET總線通信單元，PROFINET總線通信單元包括PROFINET物理層接口和PROFINET通信控制器，數(shù)據(jù)緩存模塊為數(shù)據(jù)緩沖器，所述控制模塊為微控制器內(nèi)核，應(yīng)用設(shè)備接口模塊為SPI總線接口單元，所述SPI總線接口單元包括SPI總線控制器和總線收發(fā)器；所述PROFINET物理層接口和PROFINET通信控制器信號(hào)連接，PROFINET通信控制器與數(shù)據(jù)緩沖器信號(hào)連接，微控制器內(nèi)核與數(shù)據(jù)緩沖器信號(hào)連接，SPI總線控制器與微控制器內(nèi)核信號(hào)連接，總線收發(fā)器與SPI總線控制器信號(hào)連接，應(yīng)用設(shè)備通過(guò)SPI總線與總線收發(fā)器信號(hào)連接，PROFINET總線與PROFINET物理層接口信號(hào)連接?？偩€接口裝置包括PROFINET總線通信單元13、數(shù)據(jù)緩沖器14、微控制器15、以及電平轉(zhuǎn)換器16。其中PROFINET總線通信單元13在物理上包括PROFINET物理層接口 13a以及PROFINET通信控制器 13b ;微控制器15在物理上包括微控制器內(nèi)核15a和10外設(shè)控制器15b ;在邏輯上，PROFINET總線通信單元13對(duì)應(yīng)于所述的PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2，數(shù)據(jù)緩沖器14對(duì)應(yīng)于所述的數(shù)據(jù)緩存模塊3，微控制器內(nèi)核15a對(duì)應(yīng)于所述的控制模塊4，10外設(shè)控制器15b和電平轉(zhuǎn)換器16組成的并口接口單元17對(duì)應(yīng)于所述的應(yīng)用設(shè)備接口模塊5。當(dāng)應(yīng)用設(shè)備有數(shù)據(jù)要發(fā)送到PROFINET節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先，應(yīng)用設(shè)備根據(jù)應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)至應(yīng)用設(shè)備通信總線。然后所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊接收并按協(xié)議提取出原始數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)、地址、控制總線發(fā)送原始數(shù)據(jù)至所述控制模塊。然后所述控制模塊將這部分原始數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述數(shù)據(jù)緩存模塊中自定義的發(fā)送緩沖區(qū)中。然后所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊從所述數(shù)據(jù)緩存模塊的發(fā)送緩沖區(qū)中讀出原始數(shù)據(jù)，最后按照PROFINET協(xié)議形成PROFINET協(xié)議報(bào)文發(fā)送到PROFINET總線上。反過(guò)來(lái)，當(dāng)PROFINET總線上有數(shù)據(jù)要發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備時(shí)，首先由所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊從PROFINET總線上接收PROFINET協(xié)議報(bào)文，并提取原始數(shù)據(jù)，寫(xiě)入所述數(shù)據(jù)緩存模塊的接收緩沖區(qū)中。然后，所述控制模塊從所述數(shù)據(jù)緩存模塊的接收緩沖區(qū)中讀出這部分原始數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)、地址、控制總線發(fā)送給所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊。然后，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊接收來(lái)自所述控制模塊的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)至應(yīng)用設(shè)備通信總線。最后，應(yīng)用設(shè)備從應(yīng)用設(shè)備通信總線中接收數(shù)據(jù)并按應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議提取出數(shù)據(jù)。如圖2所示，為了將應(yīng)用設(shè)備接入PROFINET總線，PROFINET總線接口裝置I應(yīng)該至少具備下列邏輯功能模塊:PR0FINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2、數(shù)據(jù)緩存模塊3、控制模塊4以及應(yīng)用設(shè)備接口模塊5。其中，PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2實(shí)現(xiàn)PROFINET物理層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層通信協(xié)議，負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)緩存模塊3處提取原始數(shù)據(jù)，然后以PROFINET協(xié)議報(bào)文的形式發(fā)送至PROFINET總線；同時(shí)負(fù)責(zé)從PROFINET總線接收協(xié)議報(bào)文，以原始數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存模塊3中。數(shù)據(jù)緩存模塊3負(fù)責(zé)分別存儲(chǔ)欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和欲轉(zhuǎn)發(fā)至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，其中，為防止數(shù)據(jù)沖突，發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)分別放置于不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊中?？刂颇K4負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)緩存模塊3中獲取欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備的原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用設(shè)備接口模塊5，同時(shí)從應(yīng)用設(shè)備接口模塊5處提取應(yīng)用設(shè)備欲發(fā)送至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)緩存模塊3。應(yīng)用設(shè)備接口模塊5負(fù)責(zé)按照應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議，從應(yīng)用設(shè)備處獲取原始數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給控制模塊4，同時(shí)也將控制模塊4從PROFINET總線上獲取的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備通信總線上。實(shí)施例1
圖3示出了實(shí)施例的PROF INET總線接口裝置6的物理實(shí)現(xiàn)框圖。在物理上，該總線接口裝置包括PROFINET總線通信單元7、數(shù)據(jù)緩沖器8、微控制器9、以及總線收發(fā)器10。其中PROFINET總線通信單元7在物理上包括PROFINET物理層接口 7a以及PROFINET通信控制器7b ;微控制器9在物理上包括微控制器內(nèi)核9a和SPI總線控制器％。在邏輯上，PROFINET總線通信單元7對(duì)應(yīng)于圖2所述的PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2。數(shù)據(jù)緩沖器8對(duì)應(yīng)于圖2所述的數(shù)據(jù)緩存模塊3。微控制器內(nèi)核9a對(duì)應(yīng)于圖2所述的控制模塊。SPI總線控制器9b和總線收發(fā)器10組成的SPI總線接口單元11對(duì)應(yīng)于圖2所述的應(yīng)用設(shè)備接口模塊。以下對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行詳述。PROFINET總線通信單元7包含PROFINET通信控制器7b和PROFINET物理層接口7a。在物理上，二者可以獨(dú)立也可以集成在一起。在本實(shí)施例中，采用PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片ERTEC200，其內(nèi)部將通信控制器7b和PROFINET物理層接口 7a集成在了一起，直接實(shí)現(xiàn)了包含PROFINET物理層在內(nèi)的通信協(xié)議，從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。數(shù)據(jù)緩沖器8提供了圖2中數(shù)據(jù)緩存模塊3的功能，它需要能夠提供雙向讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。本實(shí)施例中采用一塊8K的雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，它通過(guò)地址數(shù)據(jù)控制總線分別與微控制器9以及PROFINET總線通信單元7相連。采用這種方式能夠方便地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的高速數(shù)據(jù)交換，為PROFINET實(shí)時(shí)通信方式提供保障。微控制器9為核心處理器,一般包含有微控制器內(nèi)核9a及一些外設(shè)模塊。微控制器內(nèi)核提供圖2中控制模塊4的功能，而外設(shè)模塊則可能提供圖2中應(yīng)用設(shè)備接口模塊5的部分功能。在本實(shí)施例中，微控制器7選用TI公司的TMS320F2812芯片，該芯片帶有128KX 16bit片內(nèi)FLASH和18KX 16bit片內(nèi)SRAM存，不需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，減少了元器件數(shù)量。該芯片除了提供微控制器內(nèi)核9a外，還集成了 SPI總線控制器％，因此能夠用于實(shí)現(xiàn)圖2中設(shè)備接口模塊5的部分功能，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。總線收發(fā)器10用于完成SPI總線控制器9b與SPI總線的物理層接口?？偩€收發(fā)器10與SPI總線控制器9b共同提供了圖2中應(yīng)用設(shè)備接口模塊的功能。這兩部分在物理上可以是獨(dú)立的，也可以是集成在一起的。在本實(shí)施例中，二者是獨(dú)立的，SPI總線控制器位于微控制器9的內(nèi)部，而總線收發(fā)器則采用獨(dú)立的隔離總線收發(fā)器ADUM1401實(shí)現(xiàn)。圖4示出了實(shí)施例的PROFINET總線接口裝置I的工作流程圖。當(dāng)應(yīng)用設(shè)備有數(shù)據(jù)要發(fā)送到PROFINET節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先，應(yīng)用設(shè)備根據(jù)應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議(實(shí)施例中為SPI協(xié)議)發(fā)送數(shù)據(jù)至應(yīng)用設(shè)備通信總線。然后應(yīng)用設(shè)備接口模塊(實(shí)施例中為9b與10)接收并按協(xié)議提取出原始數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)、地址、控制總線發(fā)送原始數(shù)據(jù)至控制模塊(實(shí)施例中為9a)。然后控制模塊將這部分原始數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)緩存模塊(實(shí)施例中為8)中自定義的發(fā)送緩沖區(qū)中。然后PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(實(shí)施例中為7)從數(shù)據(jù)緩存模塊的發(fā)送緩沖區(qū)中讀出原始數(shù)據(jù)，最后按照PROFINET協(xié)議形成PROFINET協(xié)議報(bào)文發(fā)送到PROFINET總線上。反過(guò)來(lái)，當(dāng)PROFINET總線上有數(shù)據(jù)要發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備時(shí)，首先由PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(實(shí)施例中為7)從PROFINET總線上接收PROFINET協(xié)議報(bào)文，并提取原始數(shù)據(jù)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)緩存模塊(實(shí)施例中為8)的接收緩沖區(qū)中。然后，控制模塊(實(shí)施例中為9a)從數(shù)據(jù)緩存模塊的接收緩沖區(qū)中讀出這部分原始數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)、地址、控制總線發(fā)送給應(yīng)用設(shè)備接口模塊(實(shí)施例中為％與10 )。然后，應(yīng)用設(shè)備接口模塊接收來(lái)自控制模塊的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)至應(yīng)用設(shè)備通信總線。最后，應(yīng)用設(shè)備從應(yīng)用設(shè)備通信總線中接收數(shù)據(jù)并按應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議(實(shí)施例中為SPI協(xié)議)提取出數(shù)據(jù)。實(shí)施例2· 圖5示出了實(shí)施例變體的PROFINET總線接口裝置12的物理實(shí)現(xiàn)框圖。在物理上，該總線接口裝置包括PROFINET總線通信單元13、數(shù)據(jù)緩沖器14、微控制器15、以及電平轉(zhuǎn)換器16。其中PROFINET總線通信單元13在物理上包括PROFINET物理層接口 13a以及PROFINET通信控制器13b ;微控制器15在物理上包括微控制器內(nèi)核15a和10外設(shè)控制器15b。在邏輯上，PROFINET總線通信單元13對(duì)應(yīng)于圖2所述的PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊2。數(shù)據(jù)緩沖器14對(duì)應(yīng)于圖2所述的數(shù)據(jù)緩存模塊3。微控制器內(nèi)核15a對(duì)應(yīng)于圖2所述的控制模塊。10外設(shè)控制器15b和電平轉(zhuǎn)換器16組成的并口接口單元17對(duì)應(yīng)于圖2所述的應(yīng)用設(shè)備接口模塊。以下對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行詳述。PROFINET總線通信單元13包含PROFINET通信控制器13b和PROFINET物理層接口 13a。在物理上，二者可以獨(dú)立也可以集成在一起。在本實(shí)施例中，采用PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片ERTEC200，其內(nèi)部將通信控制器13b和PROFINET物理層接口 13a集成在了一起，直接實(shí)現(xiàn)了包含PROFINET物理層在內(nèi)的通信協(xié)議，從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。數(shù)據(jù)緩沖器14提供了圖2中數(shù)據(jù)緩存模塊3的功能，它需要能夠提供雙向讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。本實(shí)施例中采用一塊4K的雙口 RAM實(shí)現(xiàn)，它通過(guò)地址數(shù)據(jù)控制總線分別與微控制器15以及PROFINET總線通信單元13相連。采用這種方式能夠方便地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的高速數(shù)據(jù)交換，為PROFINET實(shí)時(shí)通信方式提供保障。
微控制器15為核心處理器,一般包含有微控制器內(nèi)核15a及一些外設(shè)模塊。微控制器內(nèi)核提供圖2中控制模塊4的功能，而外設(shè)模塊則可能提供圖2中應(yīng)用設(shè)備接口模塊5的部分功能。在本實(shí)施例中，微控制器7選用TI公司的TMS320F28335芯片，該芯片帶有256KX 16bit片內(nèi)FLASH和34KX 16bit片內(nèi)SRAM存，不需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，減少了元器件數(shù)量。該芯片除了提供微控制器內(nèi)核15a外，還集成了 IO外設(shè)控制器15b，因此能夠用于實(shí)現(xiàn)圖2中設(shè)備接口模塊5的部分功能。電平轉(zhuǎn)換器16用于完成IO外設(shè)控制器15b與5V并口總線的物理層接口。電平轉(zhuǎn)換器16與IO外設(shè)控制器15b共同提供了圖2中應(yīng)用設(shè)備接口模塊的功能。這兩部分在物理上可以是獨(dú)立的，也可以是集成在一起的。在本實(shí)施例中，二者是獨(dú)立的，IO外設(shè)控制器位于微控制器15 的內(nèi)部，而電平轉(zhuǎn)換器16則采用獨(dú)立的SN74ALVC164245實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)3.3V與5V電平的相互轉(zhuǎn)換。實(shí)施例2的工作流程由圖4給出，不再贅述。在本申請(qǐng)中，應(yīng)用設(shè)備通信總線可以具有多種形式，如并口總線、SPI總線、UART總線、I2C總線等已有的標(biāo)準(zhǔn)的總線。
權(quán)利要求
1.一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:包括PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2)、數(shù)據(jù)緩存模塊(3)、控制模塊(4)以及應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2)連接至PROFINET總線，所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)與PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2)相連，所述控制模塊(4)與數(shù)據(jù)緩存模塊(3)相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)與所述控制模塊(4)相連，所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)通過(guò)應(yīng)用設(shè)備通訊總線與應(yīng)用設(shè)備相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:所述各相連模塊之間的信號(hào)均為雙向傳遞。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2)實(shí)現(xiàn)PROFINET物理層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層通信協(xié)議，負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)處提取原始數(shù)據(jù)，然后以PROFINET協(xié)議報(bào)文的形式發(fā)送至PROFINET總線；同時(shí)負(fù)責(zé)從PROFINET總線接收協(xié)議報(bào)文，以原始數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)中。
4.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)負(fù)責(zé)分別存儲(chǔ)欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和欲轉(zhuǎn)發(fā)至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，從而使所述PROFINET總線接口裝置(I)達(dá)到實(shí)時(shí)通信模式的要求，為防止數(shù)據(jù)沖突，發(fā)至應(yīng)用設(shè)備和PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)分別放置于不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊中。
5.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:所述控制模塊(4)負(fù)責(zé)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)中獲取欲轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)用設(shè)備的原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)，同時(shí)從所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)處提取應(yīng)用設(shè)備欲發(fā)送至PROFINET總線的原始數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至所述數(shù)據(jù)緩存模塊(3)。
6.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:所述應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)負(fù)責(zé)按照應(yīng)用設(shè)備通信總線協(xié)議，從應(yīng)用設(shè)備處獲取原始數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給所述控制模塊(4)，同時(shí)也將所述控制模塊(4)從PROFINET總線上獲取的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用設(shè)備通信總線上。
7.據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:總線接口裝置(6)包括PROFINET總線通信單元(7)、數(shù)據(jù)緩沖器(8)、微控制器(9)以及總線收發(fā)器(IO )，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2 )為PROFINET總線通信單元(7 )，PROFINET總線通信單元(7)包括PROFINET物理層接口(7a)和PROFINET通信控制器(7b)，數(shù)據(jù)緩存模塊(3)為數(shù)據(jù)緩沖器(8)，所述控制模塊(4)為微控制器內(nèi)核(9a)，應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5)為SPI總線接口單元(11)，所述SPI總線接口單元(11)包括SPI總線控制器(9b)和總線收發(fā)器(10);所述PROFINET物理層接口(7a)和PROFINET通信控制器(7b)信號(hào)連接，PROFINET通信控制器(7b)與數(shù)據(jù)緩沖器(8)信號(hào)連接，微控制器內(nèi)核(9a)與數(shù)據(jù)緩沖器(8)信號(hào)連接，SPI總線控制器(9b)與微控制器內(nèi)核(9a)信號(hào)連接，總線收發(fā)器(10)與SPI總線控制器(9b)信號(hào)連接，應(yīng)用設(shè)備通過(guò)SPI總線與總線收發(fā)器(10)信號(hào)連接，PROFINET總線與PROFINET物理層接口(7a)信號(hào)連接。
8.據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，其特征在于:總線接口裝置(12)包括PROFINET總線通信單元(13)、數(shù)據(jù)緩沖器(14)、微控制器(15)、以及電平轉(zhuǎn)換器(16);其中PROFINET總線通信單元(13)在物理上包括PROFINET物理層接口(13a)以及PROFINET通信控制器(13b);微控制器(15)在物理上包括微控制器內(nèi)核(15a)和IO外設(shè)控制器(15b);在邏輯上，PROFINET總線通信單元(13)對(duì)應(yīng)于所述的PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(2)，數(shù)據(jù)緩沖器(14)對(duì)應(yīng)于所述的數(shù)據(jù)緩存模塊(3)，微控制器內(nèi)核(15a)對(duì)應(yīng)于所述的控制模塊(4)，IO外設(shè)控制器(15b)和電平轉(zhuǎn)換器(16)組成的并口接口單元(17 )對(duì)應(yīng) 于所述的應(yīng)用設(shè)備接口模塊(5 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，特別涉及一種具有實(shí)時(shí)性的PROFINET總線接口裝置，包括PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、控制模塊以及應(yīng)用設(shè)備接口模塊，所述PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接至PROFINET總線。本申請(qǐng)使得應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者只需采用已有的、標(biāo)準(zhǔn)的通信接口方式即可方便、快速地完成與PROFINET總線接口裝置的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與PROFINET總線的接入。本發(fā)明將為應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)已知的、不涉及PROFINET底層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，這會(huì)使應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)者感覺(jué)是在和已有的標(biāo)準(zhǔn)總線通信一樣。
文檔編號(hào)H04L29/06GK103237091SQ20131014444
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者周宏林, 肖文靜, 代同振, 況明偉, 吳建東 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司