CN102316113A - Powerlink和hdlc协议转换装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种POWERLINK和HDLC协议转换装置及其实现方法，所述协议转换装置包括POWERLINK总线收发器、POWERLINK总线协议控制器、主控单元、HDLC总线协议控制器、HDLC总线收发器；所述的主控单元包括CPU、程序存储器、配置存储器、数据存储器，所述CPU采用含有32位的RISC处理器的NiosII芯片。本发明采用先进的32位处理器与POWERLINK和HDLC协议控制器连接，对总线接收的数据内容自动执行分析和转换算法，实现了POWERLINK实时以太网与HDLC现场总线的互联通讯，使POWERLINK实时以太网与HDLC现场总线能够共用于同一工业控制系统中。

Description

POWERLINK和HDLC协议转换装置及实现方法

技术领域

本发明涉及工业控制领域的一种数据转换装置，特别是一种POWERLINK实时以太网协议和HDLC协议的转换装置及其实现方法。

背景技术

机车自动化和舒适度要求越来越高，列车运行控制、旅客信息系统、多媒体等车载数据量也在急剧增加，MVB、CAN、PROFIBUS等传统现场总线逐渐显现出传输速率低、支持应用有限等缺陷。采用一种具有高速传输速率，具有统一标准的网络是解决问题根本。实时以太网以开放性高、低成本、传输速率最低能够达到10Mbps、能够与internet连接等优点，必将成为机车控制系统的主流网络。

目前，国外轨道交通设备制造商已经将以太网运用于动车组列车等轨道车辆控制系统。国际标准IEC 61375已将以太网列为标准列车通讯网络之一。

随着实时以太网应用范围的扩大，在系统设计和系统改造时，不可避免会出现，实时以太网与传统现场总线在同一工业控制系统中并存的情形，为此，完全有必要研发一种能够支持实时以太网和传统现场总线互联通讯的协议转换装置。

POWERLINK是广泛应用的实时以太网协议之一，具有开放、实时、高速的特点，它已经作为一种标准化的技术，被纳入国际标准化的体系。

HDLC是串行总线通信协议的一种，适用于工业控制现场，目前HDLC在我国机车网络控制等领域有着较为广泛的应用。

至今尚未发现关于POWERLINK实时以太网和HDLC协议转换装置及其实现方法的公开文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种POWERLINK实时以太网和HDLC协议转换装置及其实现方法，从而解决POWERLINK实时以太网与HDLC总线之间互联通讯的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种POWERLINK和HDLC协议转换装置，包括POWERLINK总线收发器、POWERLINK总线协议控制器、主控单元、HDLC总线协议控制器、HDLC总线收发器；

所述POWERLINK总线协议控制器包括POWERLINK通讯存储器，用于存储POWERLINK数据信息；

所述POWERLINK总线收发器与POWERLINK实时以太网总线相连，与POWERLINK实时以太网总线相互传输POWERLINK数据信息；所述POWERLINK总线协议控制器与POWERLINK总线收发器相连，与POWERLINK总线收发器相互传输POWERLINK数据信息；所述主控单元与POWERLINK总线协议控制器相连，与POWERLINK总线协议控制器相互传输数据信息；

所述HDLC总线协议控制器包括HDLC编解码器和通讯存储器，用于存储HDLC数据信息。

所述HDLC总线收发器与HDLC现场总线相连，与HDLC现场总线相互传输HDLC数据信息；所述HDLC总线协议控制器与HDLC总线收发器相连，与HDLC总线收发器相互传输HDLC数据信息，所述主控单元与HDLC总线协议控制器相连，与HDLC总线协议控制器相互传输数据信息；

所述主控单元能够将收到的POWERLINK数据信息转换为HDLC数据信息，并写入HDLC总线协议控制器；主控单元能够将HDLC数据信息转换为POWERLINK数据信息，并写入所述POWERLINK总线协议控制器；

所述的主控单元包括CPU、程序存储器、配置存储器、数据存储器，所述CPU采用含有32位的RISC处理器的NiosII芯片；

所述的POWERLINK总线收发器、POWERLINK总线协议控制器、主控单元、HDLC总线协议控制器和HDLC总线收发器分别与电源模块相连，所述电源模块向POWERLINK总线收发器、POWERLINK总线协议控制器、主控单元、述HDLC总线协议控制器和HDLC总线收发器提供电源能量。

一种POWERLINK和HDLC协议转换装置的实现方法，包括如下步骤：

A、初始化主控单元、POWERLINK总线协议控制器和HDLC总线协议控制器，具体包括如下步骤：

A1、使POWERLINK总线协议控制器和HDLC总线协议控制器处于通讯禁止状态；

A2、主控单元中的CPU读取配置存储器中的配置信息，对POWERLINK总线协议控制器和HDLC总线协议控制器进行通讯参数配置，内容包括节点地址、传输速率、传送周期和传输数据大小；

A3、使POWERLINK总线协议控制器和HDLC总线协议控制器处于通讯允许状态；

B、POWERLINK总线协议控制器收到POWERLINK数据帧后，主控单元读POWERLINK通讯存储器，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器，HDLC总线协议控制器将主控单元传送的POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成HDLC数据帧，通过HDLC总线收发器将HDLC数据帧传输给HDLC现场总线；

所述POWERLINK数据帧中的DATA的第1和第2字节存放HDLC数据帧的ADDRESS和CONTROL的数据信息；

所述主控单元读POWERLINK通讯存储器，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器，包括以下步骤：

B1、主控单元提取POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的两个2字节作为HDLC数据帧中ADDRESS和CONTROL的数据信息，写入HDLC通信存储器；

B2、主控单元将POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的第3个字节含第3个字节以后的有效数据，作为HDLC数据帧的DATA的数据信息，写入所述HDLC通信存储器；

C、HDLC总线协议控制器收到HDLC数据帧后，主控单元读HDLC通讯存储器，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器，POWERLINK总线协议控制器将主控单元传送的HDLC数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成POWERLINK数据帧，通过POWERLINK总线收发器将POWERLINK数据帧传输给POWERLINK实时以太网总线；

所述HDLC数据帧中DATA的第1字节存放POWERLINK数据帧的DESTINATION的数据信息；

所述主控单元读HDLC通讯存储器，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器，包括以下步骤：

C1、主控单元提取HDLC数据帧中DATA的数据信息的前1个字节作为POWERLINK数据帧中DESTINATION的数据信息，写入所述POWERLINK通信存储器；

C2、主控单元将HDLC数据帧中DATA的数据信息的第2个字节含第2个字节以后的有效数据，作为POWERLINK数据帧的DATA的数据信息，写入所述POWERLINK通信存储器；

D、返回到步骤B。

与现有技术相比，由于本发明采用先进的32位处理器与POWERLINK和HDLC协议控制器连接，对总线接收的数据内容自动执行分析和转换算法，实现了POWERLINK实时以太网与HDLC现场总线的互联通讯，使POWERLINK实时以太网与HDLC现场总线能够共用于同一工业控制系统中。

附图说明

本发明共有附图2幅，其中：

图1是本发明实施例提供的协议转换装置的结构示意图；

图2本发明实施例提供的协议转换装置的流程图。

图中：1、协议转换装置，2、POWERLINK实时以太网总线，3、HDLC现场总线，5、现场总线设备，6、实时以太网设备，11、POWERLINK总线协议控制器，12、POWERLINK总线收发器，21、HDLC总线协议控制器，22、HDLC总线收发器，30、主控单元，40、电源模块，111、POWERLINK通讯存储器，211、HDLC通讯存储器，301、CPU，302、程序存储器，303、配置存储器，304、数据存储器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1所示，本发明实施例的协议转换装置1包括POWERLINK总线收发器12、POWERLINK总线协议控制器11、主控单元30、HDLC总线协议控制器21、HDLC总线收发器22、电源模块40，其中：

POWERLINK总线协议控制器11包括POWERLINK通讯存储器111，用于存储POWERLINK数据信息；

POWERLINK总线收发器12与POWERLINK实时以太网总线2相连，与POWERLINK实时以太网总线2相互传输POWERLINK数据信息；POWERLINK总线协议控制器11与POWERLINK总线收发器12相连，与POWERLINK总线收发器12相互传输POWERLINK数据信息，主控单元30与POWERLINK总线协议控制器11相连，与POWERLINK总线协议控制器11相互传输数据信息；

HDLC总线协议控制器21包括HDLC通讯存储器211，用于存储HDLC数据信息；

HDLC总线收发器22与HDLC现场总线3相连，与HDLC现场总线3相互传输HDLC数据信息；HDLC总线协议控制器21与HDLC总线收发器22相连，与HDLC总线收发器22相互传输HDLC数据信息，主控单元30与HDLC总线协议控制器21相连，与HDLC总线协议控制器21相互传输数据信息；

主控单元30能够将收到的POWERLINK数据信息转换为HDLC数据信息，并写入HDLC总线协议控制器21；能够将HDLC数据信息转换为POWERLINK数据信息，并写入POWERLINK总线协议控制器11；

电源模块40与POWERLINK总线收发器12、POWERLINK总线协议控制器11、主控单元30、HDLC总线协议控制器21、HDLC总线收发器22相连，电源模块40向POWERLINK总线收发器12、POWERLINK总线协议控制器11、主控单元30、HDLC总线协议控制器21、HDLC总线收发器22提供电源能量；

如图1示，主控单元30包括CPU301、程序存储器302、配置存储器303和数据存储器304，所述CPU301采用含有32位的RISC处理器的Nios II芯片。程序存储器302由非易失性闪存FLASH组成，永久存储协议转换装置的软件程序；配置存储器303由非易失性闪存FLASH存组成，永久存储用户的应用数据和总线配置数据；数据存储器304由同步动态随机访问存储器SDRAM组成，具有速度快、容量大的优点，用于代码运行时的内存分配；

CPU301通过标准的总线读写来控制POWERLINK总线协议控制器11发送或接收POWERLINK数据信息；POWERLINK总线协议控制器11负责POWERLINK总线的监视和管理、发送或接收数据、编码或解码POWERLINK数据帧；POWERLINK总线收发器12负责将收发的POWERLINK数据信息转换成符合POWERLINK总线物理层规定的电信号，同时对POWERLINK总线协议控制器11、主控单元30、HDLC总线协议控制器21进行隔离和保护。

需要说明的是：多个POWERLINK数据信息组成了POWERLINK数据帧，标准的POWERLINK数据帧格式为：

需要说明的是：多个HDLC数据信息组成了HDLC数据帧，HDLC数据帧格式为：

ADDRESS	CONTROL	DATA	FCS
				1字节	1字节	0-128字节	1字节

以下将以如图1所示的POWERLINK实时以太网设备6和HDLC现场总线设备5之间的数据通讯为例，说明本发明实施例所述协议转换装置1的工作方式，协议转换装置1的工作方式如图2所示，包括如下步骤：

步骤A：初始化主控单元30、POWERLINK总线协议控制器11、HDLC总线协议控制器21，具体步骤如下：

使POWERLINK总线协议控制器11和HDLC总线协议控制器21处于通讯禁止状态；主控单元30进行CPU301初始化，CPU301读取配置存储器303中的配置信息，对POWERLINK总线协议控制器11和HDLC总线协议控制器21进行通讯参数配置，内容包括节点地址、传输速率、传送周期和传输数据大小；使POWERLINK总线协议控制器11和HDLC总线协议控制器21处于通讯允许状态；

步骤B：POWERLINK总线协议控制器11收到POWERLINK数据帧后，主控单元30读POWERLINK通讯存储器111，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器211，HDLC总线协议控制器21将主控单元30传送的POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成HDLC数据帧，通过HDLC总线收发器22将HDLC数据帧传输给HDLC现场总线3；

其中，所述POWERLINK数据帧中的DATA的第一和第二字节存放HDLC地址字段和控制字段的数据信息；

其中，主控单元30读POWERLINK通讯存储器111，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器211，包括以下步骤：主控单元30提取POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的2个字节作为HDLC数据帧中地址字段(A)和控制字段(C)的数据信息，写入HDLC通信存储器211；主控单元30将POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的第3个字节含第3个字节以后的有效数据，作为HDLC帧的信息字段(I)的数据信息，写入HDLC通信存储器211。

以实时以太网设备6向现场总线设备5传输数据0x123456为例，说明步骤B。

根据HDLC现场总线协议标准，每一个HDLC设备都有一个1个字节的地址字段(A)和1个字节的控制字段(C)。假定现场总线设备5的地址字段为0x27，控制字段为0x25，当实时以太网设备6向现场总线设备5传输数据时，应将现场总线设备5的数据信息0x27写入HDLC数据帧地址字段中，应将现场总线设备5的数据信息0x25，写入HDLC数据帧的控制字段中。

由于HDLC数据帧地址子字段的长度为1个字节，控制字段长度为1个子字节，实时以太网设备6向现场总线设备5传输数据0x123456时，应将其要传输的POWERLINK数据帧的DATA的前2个字节用于存储现场总线设备5的地址和控制字段的数据信息0x2725，即实时以太网设备6应将要传输的POWERLINK数据帧的DATA的数据信息设定为0x2725123456；主控单元30收到实时以太网设备6传输的POWERLINK数据帧后，提取DATA数据信息0x2725123456；将DATA的前两个字节数据信息0x2725，作为HDLC数据帧地址字段和控制字段，写入HDLC通信存储器211；将DATA的第3个字节含第3个字节以后的有效数据信息即0x123456作为HDLC数据帧的DATA数据信息，写入HDLC通信存储器211，再通过HDLC现场总线3传输给现场总线设备5。

步骤C：HDLC总线协议控制器21收到HDLC数据帧后，主控单元30读所述HDLC通讯存储器211，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器111，POWERLINK总线协议控制器21将主控单元30传送的HDLC数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成POWERLINK数据帧，通过POWERLINK总线收发器22将POWERLINK数据帧传输给POWERLINK实时以太网总线2；

其中，所述HDLC数据帧中DATA的第1字节存放POWERLINK数据帧的DA的数据信息。

其中，主控单元30读所述HDLC通讯存储器211，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器111，包括以下步骤：主控单元30提取HDLC数据帧中DATA的数据信息的前1个字节作为POWERLINK数据帧中DESTINATION的数据信息，写入POWERLINK通信存储器111；主控单元30将HDLC数据帧中DATA的数据信息的第2个字节含第2个字节以后的有效数据，作为POWERLINK数据帧的DATA的数据信息，写入POWERLINK通信存储器111。

以现场总线设备5向实时以太网设备6传输数据0x123456为例，说明步骤C。

根据POWERLINK实时以太网总线协议，每个POWERLINK设备都有一个1个字节的目标节点地址。假定实时以太网设备6的地址为0x01。当现场总线设备5向实时以太网设备6传输数据时，应将实时以太网设备6的地址0x01写入POWERLINK数据帧的DESTINATION中。

由于POWERLINK数据帧中的DESTINATION的长度为1个字节，现场总线设备5向实时以太网设备6传输数据0x123456时，应将其要传输的HDLC数据帧的DATA的前1个字节用于存储实时以太网设备6的地址的数据信息0x01，即，现场总线设备5应将要传输的HDLC帧的DATA的数据信息段设定为0x01123456；主控单元30收到现场总线设备5传输的HDLC数据帧后，提取DATA数据信息0x01123456，将DATA的前1个字节数据信息0x01，作为POWERLINK数据帧的DESTINATION的数据信息，写入POWERLINK通信存储器111；将DATA的第2个字节含第2个字节以后的有效数据信息即0x123456作为POWERLINK数据帧的DATA数据信息，写入POWERLINK通信存储器111，通过POWERLINK实时以太网总线2传输给实时以太网设备6。

循环执行步骤B和C。

需要说明的是，主控单元30可以通过中断方式亦可通过查询方式，得知步骤B所述POWERLINK总线协议控制器11收到POWERLINK数据帧，以及得知HDLC总线协议控制器21收到POWERLINK数据帧。

以上对本发明所提供的实现POWERLINK和HDLC协议转换装置及其实现方法进行了详细介绍，本文应用了具体实施方式对本发明的原理及实施原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助和理解本发明的方法及其核心思想；同时，本领域的一般技术人员，依据本发明思想，在其具体方式及其应用范围上均会有改变之处，综上所述，本发明书的数据信息不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种POWERLINK和HDLC协议转换装置，其特征在于：包括POWERLINK总线收发器(12)、POWERLINK总线协议控制器(11)、主控单元(30)、HDLC总线协议控制器(21)、HDLC总线收发器(22)；

所述POWERLINK总线协议控制器(11)包括POWERLINK通讯存储器(111)，用于存储POWERLINK数据信息；

所述POWERLINK总线收发器(12)与POWERLINK实时以太网总线(2)相连，与POWERLINK实时以太网总线(2)相互传输POWERLINK数据信息；所述POWERLINK总线协议控制器(11)与POWERLINK总线收发器(12)相连，与POWERLINK总线收发器(12)相互传输POWERLINK数据信息；所述主控单元(30)与POWERLINK总线协议控制器(11)相连，与POWERLINK总线协议控制器(11)相互传输数据信息；

所述HDLC总线协议控制器(21)包括HDLC编解码器和通讯存储器，用于存储HDLC数据信息；

所述HDLC总线收发器(22)与HDLC现场总线(3)相连，与HDLC现场总线(3)相互传输HDLC数据信息；所述HDLC总线协议控制器(21)与HDLC总线收发器(22)相连，与HDLC总线收发器(22)相互传输HDLC数据信息，所述主控单元(30)与HDLC总线协议控制器(21)相连，与HDLC总线协议控制器(21)相互传输数据信息；

所述主控单元(30)能够将收到的POWERLINK数据信息转换为HDLC数据信息，并写入HDLC总线协议控制器(21)；主控单元(30)能够将HDLC数据信息转换为POWERLINK数据信息，并写入所述POWERLINK总线协议控制器(11)；

所述的主控单元(30)包括CPU(301)、程序存储器(302)、配置存储器(303)、数据存储器(304)，所述CPU(301)采用含有32位的RISC处理器的NiosII芯片；

所述的POWERLINK总线收发器(12)、POWERLINK总线协议控制器(11)、主控单元(30)、HDLC总线协议控制器(21)和HDLC总线收发器(22)分别与电源模块(40)相连，所述电源模块(40)向POWERLINK总线收发器(12)、POWERLINK总线协议控制器(11)、主控单元(30)、述HDLC总线协议控制器(21)和HDLC总线收发器(22)提供电源能量。

2.一种POWERLINK和HDLC协议转换装置的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、初始化主控单元(30)、POWERLINK总线协议控制器(11)和HDLC总线协议控制器(21)，具体包括如下步骤：

A1、使POWERLINK总线协议控制器(11)和HDLC总线协议控制器(21)处于通讯禁止状态；

A2、主控单元(30)中的CPU(301)读取配置存储器(303)中的配置信息，对POWERLINK总线协议控制器(11)和HDLC总线协议控制器(21)进行通讯参数配置，内容包括节点地址、传输速率、传送周期和传输数据大小；

A3、使POWERLINK总线协议控制器(11)和HDLC总线协议控制器(21)处于通讯允许状态；

B、POWERLINK总线协议控制器(11)收到POWERLINK数据帧后，主控单元(30)读POWERLINK通讯存储器(111)，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器(211)，HDLC总线协议控制器(21)将主控单元(30)传送的POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成HDLC数据帧，通过HDLC总线收发器(22)将HDLC数据帧传输给HDLC现场总线(3)；

所述POWERLINK数据帧中的DATA的第1和第2字节存放HDLC数据帧的ADDRESS和CONTROL的数据信息；

所述主控单元(30)读POWERLINK通讯存储器(111)，获得POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息，并将POWERLINK数据帧中的DATA的数据信息传输给HDLC通讯存储器(211)，包括以下步骤：

B1、主控单元(30)提取POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的两个2字节作为HDLC数据帧中ADDRESS和CONTROL的数据信息，写入HDLC通信存储器；

B2、主控单元(30)将POWERLINK数据帧中DATA的数据信息的第3个字节含第3个字节以后的有效数据，作为HDLC数据帧的DATA的数据信息，写入所述HDLC通信存储器；

C、HDLC总线协议控制器(21)收到HDLC数据帧后，主控单元(30)读HDLC通讯存储器(211)，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器(111)，POWERLINK总线协议控制器(11)将主控单元(30)传送的HDLC数据帧中的DATA的数据信息进行编码，形成POWERLINK数据帧，通过POWERLINK总线收发器(12)将POWERLINK数据帧传输给POWERLINK实时以太网总线(2)；

所述HDLC数据帧中DATA的第1字节存放POWERLINK数据帧的DESTINATION的数据信息；

所述主控单元(30)读HDLC通讯存储器(211)，获得HDLC数据帧中的DATA的数据信息，并将HDLC数据帧中的DATA的数据信息传输给POWERLINK通讯存储器(111)，包括以下步骤：

C1、主控单元(30)提取HDLC数据帧中DATA的数据信息的前1个字节作为POWERLINK数据帧中DESTINATION的数据信息，写入所述POWERLINK通信存储器；

C2、主控单元(30)将HDLC数据帧中DATA的数据信息的第2个字节含第2个字节以后的有效数据，作为POWERLINK数据帧的DATA的数据信息，写入所述POWERLINK通信存储器；

D、返回到步骤B。

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