[发明专利]一种Profibus-DP主站协议的实现方法及系统

说明书

本申请公开了一种Profibus‑DP主站协议的实现方法及系统，所述实现系统包括控制器CPU、FPGA软核和FPGA硬核，其中：FPGA软核连接在所述控制器CPU与所述FPGA硬核之间，用于实现Profibus‑DP的用户层通信协议；FPGA硬核设置有与FPGA软核相连接的共享数据缓冲区，并通过Profibus总线与各个从站相连接，用于实现Profibus‑DP的物理层及数据链路层通信协议。本申请通过使用FPGA进行软件架构设计，对协议栈功能模块进行优化分配，提高了协议处理性能的同时大大提高了系统闭环控制性能，能轻松地实现Profibus‑DP通信协议规定的最高传输速率，且能保持应用接口灵活性。

技术领域

本发明涉及但不限于工业自动化技术领域，尤其涉及一种Profibus-DP主站协议的实现方法及系统。

背景技术

程序总线网络(PROcess FIeld BUS，Profibus)是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。Profibus标准包括三个部分，即Profibus-DP(DecentralizedPeriphery，分布式外设)、Profibus-PA(Process Automation，过程自动化)、Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification，现场总线信息规范)。

目前，Profibus-DP通信协议的实现方式主要包括以下几种：

方案一：使用高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines，ARM)实现。这种解决方案成本低，但是波特率无法达到Profibus-DP通信协议的最高传输速率(12Mbps)；

方案二：使用通信协议芯片+中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)。这种解决方案实现功能完整，性能良好，但开发包昂贵，成本高；

方案三：使用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)+微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，其中，FPGA实现协议的解包组包，其他工作交给MCU实现。这种解决方案能达到Profibus-DP通信协议支持的最高传输速率，但是面对现如今对工业控制系统的闭环控制性能的要求，其性能还不够优良。

发明内容

本发明实施例提供了一种Profibus-DP主站协议的实现方法及系统，能够达到Profibus-DP通信协议的最高传输速率、成本低且提高工业控制系统的闭环控制性能。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种Profibus-DP主站协议的实现系统，包括控制器CPU、FPGA软核和FPGA硬核，其中：

所述FPGA软核，连接在所述控制器CPU与所述FPGA硬核之间，用于实现Profibus-DP的用户层通信协议；

所述FPGA硬核，设置有与所述FPGA软核相连接的共享数据缓冲区，并通过Profibus总线与各个从站相连接，用于实现Profibus-DP的物理层及数据链路层通信协议。

在一种示例性实施例中，所述共享数据缓冲区包括周期数据缓冲区、非周期数据缓冲区及从站信息列表缓冲区。

在一种示例性实施例中，所述FPGA软核具体用于：