CN102291337A - EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议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、公共数据存储芯片、Profibus-DP主站通信模块。ARM中央控制器分别与EtherCAT协议控制器和公共数据存储芯片双向连接；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；Profibus-DP主站通信模块与公共数据存储芯片和Profibus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Profibus-DP主站通信模块的数据交换，解决了EtherCAT实时工业以太网协议与Profibus-DP协议通信互联转换的问题。

Description

EtherCAT协议与Profibus-DP协议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协议与Profibus-DP协议进行数据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)是一种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/PAS62407以及ISO1574-4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。
   Profibus（Process Field Bus)总线是一种比较有影响的现场总线技术，它符合欧洲标准EN50170。Profibus-DP（Decentralized Periphery）协议是经过优化的高速通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计。EtherCAT实时工业以太网协议与Profibus-DP协议是两种不同的通信协议，因此当自动化系统中同时存在EtherCAT工业以太网协议和Profibus-DP协议时，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EtherCAT实时工业以太网协议与Profibus-DP协议的直接互联通信。
   为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
   一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关，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、公共数据存储芯片，Profibus-DP主站通信模块。所述的ARM中央控制器分别与EtherCAT协议控制器和公共数据存储芯片双向连接；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Profibus-DP主站通信模块与公共数据存储芯片和Profibus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6、配置信息存储器7、数据存储器8、程序存储器9、显示10相连。
   一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关的通信方法，其特征在于：包括EtherCAT协议数据转换成Profibus-DP协议数据的方法和Profibus-DP协议数据转换成EtherCAT协议数据的方法，具体包括以下步骤：
   EtherCAT协议数据转换成Profibus-DP协议数据：EtherCAT协议收发器将接收的EtherCAT数据发送至EtherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据EtherCAT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Profibus-DP协议数据，然后将数据写入公共数据存储芯片；Profibus-DP主站通信模块读取ARM中央控制器写入公共数据存储芯片中的数据，根据Profibus-DP协议的规定，经过编码生成Profibus-DP数据帧，发送到Profibus总线。
   Profibus-DP协议数据转换成EtherCAT协议数据：Profibus-DP主站通信模块接收Profibus总线发送的数据帧，根据Profibus-DP协议规定，将接收到的数据写入公共数据存储芯片；ARM中央控制器读取公共数据存储芯片中的数据，经过逻辑运算处理，生成EtherCAT协议数据，然后将数据写入EtherCAT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发送到EtherCAT工业以太网。
   本发明的有益效果是，提出一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关及其通信方法，解决EtherCAT实时工业以太网协议与Profibus－DP协议通信互联转换的问题；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。
附图说明
   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.公共数据存储芯片，5.Profibus-DP主站通信模块，6.ARM中央控制器外围电路，7.配置信息存储器，8.数据存储器，9.程序存储器，10.显示。
具体实施方式
   结合附图对本发明进行详细描述。如图1所示，一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关，包括EtherCAT协议收发器1、EtherCAT协议控制器2、ARM中央控制器3、公共数据存储芯片4、Profibus-DP主站通信模块5。所述的ARM中央控制器3分别与EtherCAT协议控制器2和公共数据存储芯片4双向连接；所述的EtherCAT协议控制器2通过EtherCAT协议收发器1与EtherCAT工业以太网双向连接；所述的Profibus-DP主站通信模块5与公共数据存储芯片4和Profibus总线双向连接。
   一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关的通信方法，包括EtherCAT协议数据转换成Profibus-DP协议数据的方法和Profibus-DP协议数据转换成EtherCAT协议数据的方法，具体包括以下步骤：
   EtherCAT协议数据转换成Profibus-DP协议数据：EtherCAT协议收发器1将接收的EtherCAT数据发送至EtherCAT协议控制器2；EtherCAT协议控制器2根据EtherCAT协议规定，接收EtherCAT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Profibus-DP协议数据，然后将数据写入公共数据存储芯片4；Profibus-DP主站通信模块5读取ARM中央控制器3写入公共数据存储芯片4中的数据，根据Profibus-DP协议的规定，经过编码生成Profibus-DP数据帧，发送到Profibus总线。
   Profibus-DP协议数据转换成EtherCAT协议数据：Profibus-DP主站通信模块5接收Profibus总线的数据帧，根据Profibus-DP协议规定，将接收到的数据写入公共数据存储芯片4；ARM中央控制器3读取公共数据存储芯片4中的数据，经过逻辑运算处理，生成EtherCAT协议数据，然后将数据写入EtherCAT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EtherCAT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，Profibus-DP协议控制电路，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EtherCAT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。
   Profibus-DP协议控制电路是Profibus总线和ARM中央控制器3接口的主要控制电路，主要包括Profibus-DP主站通信模块5，公共数据存储芯片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公共数据存储芯片4中的数据，以实现与Profibus-DP主站通信模块5之间的数据交换。 Profibus-DP主站通信模块5负责 Profibus总线的监视和管理、发送或接收数据、编码或解码数据帧，负责将收发的数据转换成符合Profibus－DP协议物理层规定的电信号，同时对Profibus-DP协议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6、配置信息存储器7、数据存储器8、程序存储器9、显示10。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9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8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7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9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10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。

Claims (4)

1. 一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关，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、公共数据存储芯片、Profibus-DP主站通信模块，所述ARM中央控制器分别与EtherCAT协议控制器和公共数据存储芯片双向连接；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Profibus-DP主站通信模块与公共数据存储芯片和Profibus总线双向连接。
2.根据权利要求1所述的EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关，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协议与Profibus-DP协议通信转换的网关，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、配置信息存储器、数据存储器、程序存储器、显示相连。
4. 一种EtherCAT协议与Profibus-DP协议通信转换的网关的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
EtherCAT协议数据转换成Profibus-DP协议数据：EtherCAT协议收发器接收EtherCAT的数据发送至EtherCAT协议控制器；EtherCAT协议控制器根据EtherCAT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Profibus-DP协议数据，然后将数据写入公共数据存储芯片；Profibus-DP主站通信模块读取ARM中央控制器写入公共数据存储芯片中的数据，根据Profibus-DP协议的规定，经过编码生成Profibus-DP数据帧，发送到Profibus总线；
Profibus-DP协议数据转换成EtherCAT协议数据：Profibus-DP主站通信模块接收Profibus总线的数据帧，根据Profibus-DP协议规定，将接收到的数据写入公共数据存储芯片；ARM中央控制器读取公共数据存储芯片中的数据，经过逻辑运算处理，生成EtherCAT协议数据，然后将数据写入EtherCAT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发送到EtherCAT工业以太网。
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