[发明专利]POWERLINK通讯协议主从站内核的硬件实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业以太网通讯协议的实现方法，特别是涉及一种POWERLINK通讯协议主从站内核的硬件实现方法。

背景技术

POWERLINK是一种实时工业以太网的通讯协议标准，具有实际意义上的高实时性。POWERLINK定义了一个精简的、实时性极高的数据链路层协议，同时定义了CANopen为应用层协议。POWERLINK协议包括：通信描述IEC61784-2；服务和协议IEC61158-300、IEC61158-400、IEC61158-500和IEC61158-600；设备描述ISO15745-1。

OSI是一个用于开放信息处理系统标准化的通信模型，它是当今许多通用无数据优先级传输协议的参考模型。这个模型将数据传输的任务分为7层，每层(除了最底层)建立在另一层的基础之上。POWERLINK是一个三层的通信网络，根据OSI模型，它规定了物理层、数据链路层和应用层。

POWERLINK当前的解决方案是：目前EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group：POWERLINK标准化组织)提供的解决方案有两种(HW Design Guidelines B&R公司，December 7，2010)：

1、系统CPU中用C代码实现软件协议栈(数据链路层和应用层)加MAC芯片和PHY芯片实现的物理层。

2、基于可编程器件，如FPGA的可综合CPU软核实现C代码软件协议栈(数据链路层和应用层)加上OPENMAC IP核的部分硬件加速MAC和PHY芯片实现的物理层。

前一种方法完全依赖于应用系统CPU的运行速度，后一种方法有一定的硬件加速能力，但是由于依然依赖FPGA中内嵌的CPU软核的运算处理能力，并且，由于受芯片资源的约束，目前主流的应用还只能实现从站功能。

理论上可以在任何硬件平台上搭建POWERLINK通讯系统，因为其物理层是标准的MAC/PHY控制器(IEEE802.3标准)，而数据链路层和应用层是开放源代码的C语言程序。但是，正是由于数据链路层和应用层是由通用CPU(或软核)+软件实现的，必然在实际实现中受限于CPU的性能。而且，开放的源代码为了兼容各种CPU平台，不得不放弃很多代码效率，例如数据链路层中的校验部分牵扯到数学运算，但不考虑硬件具体实现的代码和结合硬件的高效率代码(如基于VFP的汇编)在实现速度上可能相差几倍甚至十几倍。在当今的高速、高精度工业现场控制领域，对同步数据传输及处理提出了越来越高的要求。例如，当数控系统的同步周期达到512uS/10轴甚至更短，就很难满足在此高速的情况下的实时性。

本发明旨在提出一种不依赖于通用CPU(或软核)+软件方式，实现从物理层到数据链路层再到应用层的完全硬件实现的主从站内核方案，以提高数据传输的响应能力，减轻系统主CPU的实时数据处理的负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种POWERLINK通讯协议主从站内核的硬件实现方法，能够克服现有技术中POWERLINK通讯协议的实现由于依赖CPU而导致不得不放弃很多效率，从而降低了数据实时性，而使用更高速度的器件又会提高成本并增加硬件设计的复杂度等缺点；基于可编程逻辑器件以及定制/半定制硬件芯片，本发明通过完全硬件方式实现POWERLINK协议的主从站内核，从而在实时工业以太网上实现POWERLINK通讯协议。

为实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种POWERLINK通讯协议主从站内核的硬件实现方法，其特征在于，基于可编程逻辑器件以及定制/半定制硬件芯片实现POWERLINK通讯协议主/从站的数据链路层、应用层以及连接数据链路层和应用层的同步总线，所述的数据链路层包括主站数据链路层控制器和从站数据链路层控制器，主站数据链路层控制器、从站数据链路层控制器均包括上电/外部复位初始化控制器、时间基准控制器、同步信号控制器、NMT状态机、DLL状态机、发送/接受DMA控制器；所述的应用层包括应用层DPR和应用层REG；所述的同步总线上挂载上述数据链路层各个子模块和应用层DPR、应用层REG，同步总线形成联接数据链路层和应用层的数据通道；

由综合软件综合以上各模块，再由实现软件中将上述所有综合后代码生成位流文件，下载到目标硬件中实现POWERLINK通讯协议主从站内核。