CN105245424A - Profibus dp与profinet通信网络通过共享存储器互连的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PROFIBUS？DP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，步骤：①共享存储器被分为寄存器区、管道区、IO数据区与邮箱区；②上电后，DP通信协议微控制单元检查本地是否存在有效DP配置；③DP通信协议微控制单元周期性访问共享存储器查询有效DP配置和处理通信数据互传，并作为DP主站维护网关与从站之间的通信；④以太网通信协议微控制单元维护PROFINET通信和通信数据互传；⑤以太网通信协议微控制单元将由以太网获得的DP配置通过共享存储器发送给DP通信协议微控制单元；⑥当DP通信协议微控制单元查询到DP配置更新，按照当前主站状态与DP配置开启DP总线扫描。本发明实现了PROFIBUS？DP通信网络与PROFINET通信网络之间的协议转换与数据传输等技术问题。

Description

PROFIBUS DP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法

技术领域

本发明属于一种网络通信技术。具体属于应用于PROFINET设备至PROFIBUSDP主站的网关设计，是实现PROFINET通信网络至PROFIBUS通信网络的协议转换与数据传输的方法。

背景技术

PROFINET与PROFIBUSDP现场总线都是当今应用广泛的通信协议。

PROFINET通信是发展推广中的现场总线通信，为了实现PROFINET控制器与PROFIBUS网络设备的互连，当前市场有需求将PROFINET与PROFIBUSDP两个不同通信网络互连，并实现两个通信网络中的数据相互传输。

目前，已存在多种成熟的PROFINET设备开发方案和PROFIBUS主站开发方案，但连接两种总线网络的网关类产品很少。PROFINET至PROFIBUSDP通信网络的内部通信、各种数据映射、以及如何通过以太网通信将DP配置信息传输到PROFIBUS主站端都是此类网关产品的开发难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，以解决通过以太网通信更新DP主站配置的问题，实现了PROFIBUSDP通信网络与PROFINET通信网络之间的协议转换与数据传输等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的方法，其硬件设备包括：DP通信协议微控制单元和以太网通信协议微控制单元，其中共享存储器内置于DP通信协议微控制单元中，包括以下步骤：

步骤①：共享存储器被分为寄存器区、管道区、IO数据区与邮箱区；

寄存器区主要包含网关基础设备信息、主站DP配置、主站通信状态、从站DP配置、从站通信状态、从站控制信息；

管道区用来实现PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的双向非实时非周期性数据通信；

IO数据区用于实时交换PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的周期性输入输出数据；

邮箱区用于实现PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的中断事件通信；

步骤②：上电后，DP通信协议微控制单元检查本地是否存在有效DP配置；

如果本地存在有效DP配置，DP通信协议微控制单元将配置信息解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息，并将DP主站配置信息放于共享存储器寄存器区，被扫描从站配置信息放于管道区中，通知DP端共享存储器管理模块有配置信息传输；

如DP通信协议微控制单元本地不存在有效DP配置或已完成DP配置传输，DP通信协议微控单元调用PROFIBUSDP主站状态机制管理模块和从站扫描模块维护DP通信，并控制单元间的数据通信；

步骤③：DP通信协议微控制单元判断是否本地存在有效配置后作为DP主站维护PROFIBUSDP总线通信，并访问共享存储器查询是否有新的有效DP配置和处理DP通信数据；

如果在共享存储器邮箱区中查询到DP配置信息，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区和管道区中取出DP配置并按照当前主站状态与最新配置重启PROFIBUSDP总线扫描；

如果不存在有效DP配置信息，DP通信协议微控制单元继续维护主站状态机制与DP总线报文接收/发送；

DP通信协议微控制单元维护网关与DP从站之间的PROFIBUSDP通信，其中周期性通信的DPV0输入输出数据，而非周期性数据，主要包括DPV1读写数据，诊断信息数据，这些数据将放入共享存储器，或由共享存储器中取出；

DP通信中的数据由共享存储器实现与以太网通信协议微控制单元之间的互传；

步骤④：以太网通信协议微控制单元维护网关与PROFINET控制器的通信，通过共享存储器IO数据区与管道区实现与DP端互传周期性通信数据和非周期性通信相关的数据；

步骤⑤：当用户由以太网下载DP配置信息时，以太网通信协议微控制单元将此DP配置通过共享存储器发送给DP通信协议微控制单元；DP通信协议微控制单元将其解析为DP主站配置与被扫描从站配置信息，并将DP主站配置信息放于共享存储器寄存器区，被扫描从站配置信息放于管道区中；

步骤⑥：当DP通信协议微控制单元在邮箱区中查询到DP配置更新，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区与管道区中取出DP配置并按照当前主站状态与当前更新DP配置开启PROFIBUSDP总线扫描。

其中步骤①、②中，DP通信协议微控制单元在上电后访问本地存储器，判断是否存在有效DP配置；

如果由本地存储器中可获得有效DP配置数据，DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP通信配置解析模块将配置数据解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息两部分；

其中，DP主站配置信息包括主站地址、总线最高站地址、总线波特率、各总线时间和主站工作模式等等，并在共享存储器的寄存器区都有相应的寄存器；DP通信协议微控制单元通过对外通信端共享存储器管理模块将这些DP主站配置信息存入各自的寄存器中；

被扫描从站配置信息包含被扫描从站个数、从站地址、从站ID号、从站各种数据长度信息、从站初始化数据和从站功能属性；鉴于被扫描从站配置信息的非周期性、复杂度与大数据量，此部分配置信息通过管道区传送；

PROFIBUSDP通信配置解析模块通过对外通信端共享存储器管理模块向管道区中存入单个被扫描从站配置信息的管道命令消息。此命令消息的数据部分包含了从站地址、从站ID号、从站功能属性、从站初始化数据、从站地址与从站各种数据长度信息。在完成管道命令消息的写入之后，对外通信端共享存储器管理模块在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

在得到应答消息且DP配置中有多个被扫描从站时，对外通信端共享存储器管理模块继续向管道中放入下一个被扫描从站配置信息的命令消息；

以上步骤将被重复，直至所有被扫描从站配置信息都经由管道发送完毕；

如果没有在本地存储器获得有效DP配置或完成DP配置传输后，DP端控制单元通信管理模块维护与以太网通信协议微控制单元之间的通信。

其中步骤③中，DP通信端共享存储器管理模块查询共享存储器邮箱区，判断当前共享存储器内是否有DP有效配置；

如果共享存储器中已经存有DP配置信息，DP通信端共享存储器管理模块从寄存器区获取DP主站配置信息；

获取的DP主站配置信息包括主站地址、总线最高站地、DP总线波特率、各总线时间值、以及主站工作模式信息；

DP通信端共享存储器管理模块从管道区中取出被扫描从站配置信息，包括当前从站地址、从站ID号、从站各种数据长度信息、从站初始化数据和从站功能属性等信息用于扫描从站；

在处理完本条命令消息之后，DP通信端共享存储器管理模块向管道中写入应答消息；

当存在多个被扫描从站时，DP通信端共享存储器管理模块重复以上从管道获取消息的步骤，直至所有被扫描从站配置信息取完。

DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP从站扫描模块维护网关设备作为DP主站与从站之间的总线通信，仅在已通过DP通信端共享存储器管理模块获得有效DP配置的情况下，PROFIBUSDP从站扫描模块启动；

为了实现与从站的正常通信，PROFIBUSDP从站扫描模块分解DP通信端共享存储器获得的被扫描从站配置信息，将其中初始化数据转换为DP总线报文发送给从站以完成主从之间的初始化流程，进入数据交换；

在与从站进行周期性DPV0通信时，从站扫描模块调用DP通信端共享存储器管理模块从IO数据区获取的数据，将其作为DPV0输出数据周期性发送给被扫描从站；同时，将被扫描从站上传的周期性DPV0输入数据通过DP通信端共享存储器管理模块写入IO数据区中；

作为DP主站，网关与从站之间的DPV1通信由管道消息引发。在接收到邮箱事件并从管道区中获取命令消息后，PROFIBUSDP从站扫描模块根据命令消息中的从站内部寻址、数据长度、实际数据和DPV1通信读写属性开启与从站的非周期性DPV1读写通信，获取从站DPV1读数据或下发DPV1写数据；

DP主站与从站通信期间产生的诊断数据保存在DP通信协议微控制单元本地存储区中，通过DP通信端共享存储器管理模块处理管道命令消息，使用控制单元通信管理模块将通信所需的诊断数据最终发送至以太网通信协议微控制单元。

其中步骤④中，以太网通信协议微控制单元维护网关与PROFINET控制器的通信，通过以太网端控制单元通信管理模块维护与DP通信协议微控制单元之间的通信；

当以太网通信协议微控制单元的PROFINET通信模块接收到来自PROFINET控制器的通信报文后，由以太网端控制单元通信模块发送给DP通信协议微控制单元；DP端控制单元通信模块接收帧报文并判断此报文中包含何种数据；通过调用通信数据映射关系解析模块，根据数据映射表确认本次PROFINET通信请求希望获得何种数据，或在DP通信端执行各种操作；

如果本次以太网通信请求为PROFINET周期性读写操作，PROFINET通信网络中的周期性输入输出数据最终将映射为DPV0周期性输入输出数据，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表从共享存储器的IO数据区中取出相应的输入数据放入PROFINET周期性输入报文中，并将PROFINET周期性输出数据放入IO数据区中；

如果本次以太网通信请求希望获得DPV1非周期性读数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入读DPV1非周期性通信数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1读数据的应答消息后，此DPV1读数据最终通过两个控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET读响应报文；

如果本次以太网通信请求希望发送DPV1非周期性写数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入写DPV1非周期性通信数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1写数据成功的应答消息后，通过两个控制单元通信模块将此应答消息传送给以太网通信协议微控制单元，由以太网通信协议微控制单元将写成功确认信息放入PROFINET写响应报文；

如果本次以太网通信请求希望获得DP通信诊断相关数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入请求DP通信诊断数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到带有诊断数据的应答消息后，此诊断数据通过两个控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET非周期报文中；

如果本次以太网通信请求希望传送DP通信相关控制信息，如，主站工作状态切换，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表把从PROFINET写请求中获得的控制数据写入相应的寄存器中。

其中步骤⑤中，以太网通信协议微控制单元将在以太网通信接收到的DP配置通过以太网端控制单元通信管理模块发送给DP通信协议微控制单元；

由DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP通信配置解析模块将配置数据解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息两部分，并分别放入共享存储器的寄存器区和管道区中。

其中步骤⑥中，当DP通信协议微控制单元在邮箱区中查询到DP配置更新，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区中取出主站配置，并从管道区中取出被扫描从站配置；

DP通信端共享存储器管理模块检查邮箱区中的中断信息，取出本条从站配置信息并给出响应；DP通信端共享存储器管理模块会重复此操作直至所有从站配置信息都被取出；

在获得完整DP配置后，DP通信协议微控制单元调用PROFIBUSDP主站状态机制管理模块和PROFIBUSDP从站扫描模块按照当前主站状态与当前更新DP配置开启PROFIBUSDP总线扫描。

本发明有以下积极有益效果：

本方法通过共享存储器实现两种通信网络之间的数据互传，免除了网关的内部通信协议，减少了由内部通信带来的延迟，减轻了微控制单元的负担。通过共享DP配置相关寄存器与配置信息管道消息，解决了由以太网获取DP通信配置的问题。合理定义了共享存储器数据格式，通过IO数据与管道数据分区的方式，在保证了周期性实时数据的快速传输的同时实现了非周期性非实时数据的互传。本方法在以太网通信协议微控制单元端设有通信数据映射关系解析模块，完成所有的通信数据映射解析，减免了DP端的数据映射工作。

附图说明

图1是本发明的硬件功能图。

图2是本发明的硬件结构图。

图3是本发明的抽象模块化框图。

图4是网关PROFINET通信数据与PROFIBUSDP通信数据的映射关系图。

图5是网关的工作流程图。

具体实施方式

参照图1，在本发明中，网关硬件主要包含以太网通信协议微控制单元与DP通信协议微控制单元两部分，其中共享存储器内置于DP通信协议微控制单元中。

共享存储器被分为寄存器区、IO数据区、管道区与邮箱区，其主要功能是负责两个微控制单元之间的事件互通与数据共享。

以太网通信协议微控制单元的主要功能是：

维护网关与PROFINET控制器之间的PROFINET通信；

检查由以太网下传的DP配置，并传送给DP通信协议微控制单元。

DP通信协议微控制单元的主要功能是：

维护网关与PROFIBUSDP从站之间的PROFIBUSDP总线通信；

周期性查询共享存储器是否传送了新的DP配置，在有新配置的情况下解析配置；

周期性处理通信数据，并通过共享存储器与以太网通信协议微控制单元互传。

参照图2，在本发明中，网关硬件主要包含两个微控制单元MCU，其中共享存储器内置于DP通信协议微控制单元中。

本发明设计中，DP通信协议微控制单元MCU型号为STM32F407ZGT6，以太网通信协议微控制单元型号为FIDO1100。微控制单元MCU与双口RAM之间相连的主站信号是：数据区片选信号CS、数据线DATA[15:0]、读使能信号NRE、写使能信号NWE、中断信号INTR和INTL。

数据区片选信号CS用于选通与DP通信协议微控制单元进行读写通信；数据线与读写使能用于向DP通信协议微控制单元发送/接收数据帧报文；中断信号INTR和INTL用于微控制单元发送帧报文后通知对方读取帧报文内数据。

在完成两个微控制单元之间的数据传输后，为了更明晰的区分数据，方便双边MCU获取所需的相应信息，本发明将共享存储区进行了分区设计，参照表1可见，其内部分区包括：

寄存器区：本区中包含的数据内容为网关基础设备信息、主站DP配置、主站通信状态、从站DP配置、从站通信状态、从站控制等等信息。具体的寄存器为设备固有属性寄存器、设备控制寄存器、设备状态寄存器、主站配置寄存器、主站控制寄存器、主站状态状态寄存器、从站配置寄存器、从站控制寄存器和从站状态寄存器。

管道区：本区用于在DP通信协议微控制单元和以太网通信协议微控制单元之间传输非周期性非实时性数据，如，DP通信诊断数据或DPV1读写数据。由微控制单元MCU在管道区中写入的数据被称为管道消息。

管道消息分为命令消息和应答消息。每次管道消息通信周期都以某个微控制单元MCU发送管道命令消息开始，以另一个微控制单元MCU回复应答消息结束。管道消息的发送方需要在发完管道命令消息后通过邮箱区向接收方发送邮箱事件，以告知接收方有新的管道消息到来。接收方读邮箱消息判断有管道消息到来后读取管道消息并发送应答消息，完成管道数据通信。

命令消息与应答消息的格式参见表2所示：

其中，

数据类型：为每种不同含义的非周期性数据分配一个数据类型，以便接收方微控制单元了解接收到的为何种数据。

数据长度：数据部分的长度，不包括CRC校验字段，以字为单位。

CRC校验值：数据类型，数据长度，数据三个部分的CRC校验值。

IO数据区：本区用于存放周期性实时数据，也即DPV0通信主站与从站之间的输入输出数据以及相关的PROFINET周期性数据。DP通信协议微控制单元按从站扫描顺序将主从通信输入输出数据存入/取出IO数据区，同时，以太网通信协议微控制单元按照数据映射关系将PROFINET周期性数据存入/取出IO数据区。

邮箱区：本区用于通知微控制单元新的管道消息。管道消息的发送微控制器需要在发完管道消息后通过邮箱区向接收微控制器方发送邮箱事件，以告知对方有新的管道消息到来。

参照图3可见，为了实现数据在PROFIBUSDP通信网络与共享存储器之间的正确传输，本发明将DP通信协议微控制单元进行了分模块设计，其内部模块包括：

DP通信端共享存储器管理模块：本模块用于管理DP通信协议微控制单元内部DP通信相关各模块对共享存储器访问。当需要访问共享存储器时，本模块将通信数据放入共享存储器相应的数据区，并从中取出所需数据。

DP端共享存储器模块周期性访问共享存储器双口RAM：

从寄存器区读取来自以太网通信协议微控制单元的DP主站配置信息，DP通信控制命令；

向寄存器中写入网关设备相关基础信息，网关运行状态等信息；

从IO数据区获取发送给被扫描从站的DPV0周期性输出数据；

向IO数据区中写入被扫描从站的DPV0周期性输入数据；

由管道区获取命令消息，并根据命令消息的数据类型执行非周期DPV1通信、获取DP被扫描从站配置信息和获取DP通信诊断信息等不同的操作，并在操作完成后向管道区中写入应答消息；

查询邮箱区，在有邮箱事件发生时，去管道区读取管道消息；

在向管道区写入应答消息后，向邮箱区写入邮箱事件以通知以太网通信协议微控制单元新管道消息的到来。

对外通信端共享存储器管理模块：本模块用于管理DP通信协议微控制单元在接收到来自以太网通信协议微控制单元的帧报文，或在本地EEPROM中取得有效DP配置后各模块对共享存储器的访问。当需要访问共享存储器时，本模块将通信数据放入共享存储器相应的数据区，并从中取出所需数据。

对外通信端共享存储器模块在有来自以太网通信协议微控制单元的帧报文，或得到有效DP配置时，访问共享存储器双口RAM：

向寄存器区中写入DP主站配置信息与DP通信控制命令；

从寄存器区中读取网关设备相关基础信息和网关运行状态等信息；

向IO数据区中写入映射为DPV0周期性输出数据的PROFINET周期性输出数据；

从IO数据区中获取DPV0周期性输入数据作为PROFINET周期性输入数据；

向管道区中写入命令消息，向DP通信协议微控制单元发送DP通信配置数据、非周期性DPV1写数据，或请求DP通信诊断数据与非周期性DPV1读数据，并等待相应的应答消息；

在向管道区写入命令消息后，向邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信协议微控制单元新管道消息的到来。

查询邮箱区，在有邮箱事件发生时，去管道区读取管道消息。

PROFIBUSDP主站状态机制管理模块：本模块用于管理网关内部的DP主站状态机制，控制主站各状态之间的切换，完成令牌的发送接收与总线FDL状态维护。

PROFIBUSDP从站扫描模块：本模块用于根据DP通信配置，完成DP主站与DP各从站之间的通信，包括了周期性DPV0通信和非周期性DPV1通信。

PROFIBUSDP报文接收/发送模块：本模块完成了PROFIBUSDP总线报文的接收与分析，拼组网关作为DP主站需要发送的报文并将其发送到PROFIBUS总线上。

PROFIBUSDP通信配置解析模块：DP通信配置信息数据由以太网下载到网关中，本模块接收到来自以太网通信协议微控制单元的DP通信配置数据后，对配置数据进行分析，将其解析为DP主站相关配置数据与被扫描从站相关配置数据。

通信数据映射关系解析模块：网关实现了PROFIBUS与PROFINET两个通信网络之间数据的传输，鉴于数据的多样性与复杂性，网关使用本模块解析管理各种数据在两个不同通信网络之中的映射关系。当接收到PROFINET读写请求后，本模块计算出PROFINET数据至PROFIBUS数据的映射关系，并根据地址映射表在共享存储器中存入/取出相应的数据。

DP端控制单元通信管理模块：本模块用于处理DP通信协议微控制单元和以太网通信协议微控制单元之间的帧报文的接收与发送，以及对帧报文内容进行分析。在接收到来自以太网通信协议微控制单元的INTL中断信号后，DP端控制单元通信管理模块接收来自另一个MCU微控制单元的帧报文，并分析此帧报文中包含何种数据。在将DP端数据打包为帧报文之后，本模块将此报文发送给以太网通信协议微控制单元，并触发INTR中断信号通知以太网通信协议微控制单元接收。

同样，为了实现数据通过以太网通信协议微控制单元最终到达共享存储器，并从共享存储器中向以太网通信协议微控制单元提供有效数据，本发明将以太网通信协议微控制单元也进行了分模块设计，其内部模块包括：

以太网端控制单元通信管理模块：本模块用于管理以太网通信协议微控制单元与DP通信协议微控制单元之间的帧报文的接收与发送，并对帧报文内容进行分析。在接收到来自DP通信协议微控制单元的INTR中断信号后，本模块接收来自另一个微控制单元MCU的帧报文，并分析此帧报文中包含何种数据。在将来自PROFINET控制器的数据打包为帧报文之后，本模块将此报文发送给DP通信协议微控制单元，并触发INTL中断信号通知DP通信协议微控制单元接收。

PROFINET通信模块：本模块用于维护网关作为PROFINET设备在PROFINET网络中的通信，实现了PROFINET设备与PROFINET控制器的连接通信。

参照图4可知，在PROFIBUSDP通信与PROFINET通信两个通信网络之间相互传输多种不同的含义的数据，PROFINET数据区与DP数据区中的数据之间存在着严格的映射关系。

PROFINET周期性输入数据区，向PROFINET客户端提供来自DPV0周期性通信的信息，也即DPV0通信中从站向主站发送的周期性输入数据。

PROFINET周期性输出数据区，PROFINET控制器发送给网关的周期性数据保存在此数据区，并最终作为DPV0周期性通信中主站输出数据发送给从站。

PROFINET非周期性数据区，DP通信中的所有非实时非周期性数据都映射至此数据区。如，DPV1通信读写数据，网关设备相关基础信息，DP通信相关诊断状态信息，DP通信相关控制信息。

共享存储器在DP通信协议微控制单元内实现，参照图5可知，DP通信协议微控制单元基于共享存储器实现PROFINET通信网络与PROFIBUSDP通信网络之间数据互传的方法，包括以下步骤：

步骤①：DP通信协议微控制单元在上电后访问本地EEPROM，判断是否存在有效DP配置。

如果由本地EEPROM中可获得有效DP配置数据，DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP通信配置解析模块将配置数据解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息两部分。

其中，DP主站配置信息包括主站地址、总线最高站地址、总线波特率、各总线时间和主站工作模式等等，并在共享存储器的寄存器区都有相应的寄存器。DP通信协议微控制单元通过对外通信端共享存储器管理模块将这些DP主站配置信息存入各自的寄存器中。

DP主站地址与总线最高站地址存入TSA_HAS寄存器中；

总线波特率存入BAUDRATE寄存器中；

各总线时间分别存入存放时间值的MASTER_TSL、MASTER_TID1、MASTER_TID2和MASTER_TTR寄存器中；

主站工作模式信息存入MASTER_SAFEMOD和MASTER_INITMOD寄存器中。

被扫描从站配置信息包含被扫描从站个数、从站地址、从站ID号、从站各种数据长度信息、从站初始化数据和从站功能属性。鉴于被扫描从站配置信息的非周期性、复杂度与大数据量，此部分配置信息通过管道区传送。

PROFIBUSDP通信配置解析模块通过对外通信端共享存储器管理模块向管道区中存入单个被扫描从站配置信息的管道命令消息。此命令消息的数据类型取值0x0001，数据长度为数据部分被扫描从站配置数据的总长，数据部分包含了从站地址、从站ID号、从站功能属性、从站初始化数据、从站地址与从站各种数据长度信息。在完成管道命令消息的写入之后，对外通信端共享存储器管理模块在邮箱区MPORT_MAILBOX写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块。

在得到应答消息且DP配置中有多个被扫描从站时，对外通信端共享存储器管理模块继续向管道中放入下一个被扫描从站配置信息的命令消息。

以上步骤将被重复，直至所有被扫描从站配置信息都经由管道发送完毕。

如果没有在本地EEPROM获得有效DP配置或完成DP配置传输后，DP端控制单元通信管理模块维护与以太网通信协议微控制单元之间的通信。

步骤②：DP通信协议微控制单元在上电后整理自身设备相关信息，包含静态设备相关信息供应商ID、设备ID和固件号，与动态设备相关信息运行电压监视、运行温度监视和设备运行时间。静态设备信息是固定不变的，而动态设备信息将随着网关设备运行而实时更新，这些信息将通过DP通信端共享存储器管理模块放入寄存器区中。其中：

供应商ID存入VENDOR_ID寄存器中；

设备ID存入DEVICE_ID0～DEVICE_ID5寄存器中；

固件号存入PRODUCT_NUM寄存器中；

运行电压信息存入RUNVLT_MON寄存器中；

运行电压最小值存入RUNVLT_MON_MIN寄存器中；

运行电压最大值存入RUNVLT_MON_MAX寄存器中；

运行温度信息存入RUNTEM_MON寄存器中；

运行温度最小值存入RUNTEM_MON_MIN寄存器中；

运行温度最大值存入RUNTEM_MON_MAX寄存器中；

设备运行时间按年月日时分秒分别存入RUNTIME_YEAR_MONTH，RUNTIME_DAY_HOUR和RUNTIME_MIN_SEC寄存器中。

步骤③：DP通信端共享存储器管理模块查询共享存储器邮箱区，判断当前共享存储器内是否有DP有效配置。

如果共享存储器中已经存有DP配置信息，DP通信端共享存储器管理模块从寄存器区获取DP主站配置信息，由管道区获取被扫描从站的配置信息。

由TSA_HAS寄存器获得DP主站地址与总线最高站地址；

由BAUDRATE寄存器获得总线波特率；

由寄存器MASTER_TSL、MASTER_TID1、MASTER_TID2和MASTER_TTR寄存器中获取各总线时间值；

由MASTER_SAFEMOD和MASTER_INITMOD寄存器获取主站式作模式信息。

DP通信端共享存储器管理模块从管道区中取出当前命令消息，判断其数据类型是否为0x0001。如果数据类型为0x0001，表示此命令消息为被扫描从站配置信息。取出此管道命令消息并判断其CRC校验正确后，从此消息的数据部分获取当前从站地址、从站ID号、从站各种数据长度信息、从站初始化数据和从站功能属性等信息用于扫描从站。

在处理完本条命令消息之后，DP通信端共享存储器管理模块向管道中写入应答消息。

当存在多个被扫描从站时，DP通信端共享存储器管理模块重复以上从管道获取消息的步骤，直至所有被扫描从站配置信息取完。

步骤④：DP通信协议微控制单元通过DP端控制单元通信管理模块维护与以太网通信协议微控制单元之间的通信。

当以太网通信协议微控制单元的PROFINET通信模块接收到来自PROFINET控制器的通信报文后，由以太网端控制单元通信模块发送给DP通信协议微控制单元。DP端控制单元通信模块接收帧报文并判断此报文中包含何种数据。通过调用通信数据映射关系解析模块，根据数据映射表确认本次PROFINET通信请求希望获得何种数据，或在DP通信端执行各种操作。

如果本次通信请求为PROFINET周期性读写操作，PROFINET通信网络中的周期性输入输出数据最终将映射为DPV0周期性输入输出数据，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表从共享存储器的IO数据区的SLAVE_INDATA区中取出相应的输入数据放入PROFINET周期性输入报文中，并将PROFINET周期性输出数据放入IO数据区的SLAVE_OUTDATA中。

如果本次请求希望获得DPV1非周期性读数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入数据类型为0x0006的命令消息，其数据部分为非周期DPV1读数据的从站内部寻址和期待获得的数据长度信息，并标记本次DPV1通信的属性为读。在写入命令消息之后，在邮箱区MPORT_MAILBOX写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块。

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1读数据的应答消息后，此DPV1读数据最终通过控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET读响应报文。

如果本次请求希望发送DPV1非周期性写数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入数据类型为0x0006的命令消息，其数据部分为非周期DPV1写数据的从站内部寻址和期待发送的数据长度信息，并标记本次DPV1通信的属性为写。在写入命令消息之后，在邮箱区MPORT_MAILBOX写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块。

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1写数据成功的应答消息后，通过两个控制单元通信模块将此应答消息传送给以太网通信协议微控制单元，由以太网通信协议微控制单元将写成功确认信息放入PROFINET写响应报文。

如果本次请求希望获得DP通信诊断相关数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入数据类型为0x0003的命令消息，其数据部分诊断数据来源的从站地址以及期待获得的诊断数据长度信息，并在写入命令消息之后，在邮箱区MPORT_MAILBOX写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块。

得到带有诊断数据的应答消息后，此诊断数据通过控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET非周期报文中。

如果本次请求希望传送DP通信相关控制信息，如，主站工作状态切换，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表把从PROFINET写请求中获得的控制数据写入相应的寄存器中。

步骤⑤：DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP主站状态机制管理模块维护网关设备的DP主站状态机制运行，此模块运行的前提是已通过DP通信端共享存储器管理模块获得有效DP配置。

DP通信端共享存储器管理模块周期性读取共享存储器寄存器区中相关寄存器，当主站状态相关寄存器值发生变化时，DP主站状态机制管理模块使主站切换到相应的状态。

步骤⑥：DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP从站扫描模块维护网关设备作为DP主站与从站之间的总线通信，仅在已通过DP通信端共享存储器管理模块获得有效DP配置的情况下，PROFIBUSDP从站扫描模块启动。

为了实现与从站的正常通信，PROFIBUSDP从站扫描模块分解DP通信端共享存储器获得的被扫描从站配置信息，将其中初始化数据转换为DP总线报文发送给从站以完成主从之间的初始化流程，进入数据交换。

在与从站进行周期性DPV0通信时，从站扫描模块调用DP通信端共享存储器管理模块从IO数据区获取的数据，将其作为DPV0输出数据周期性发送给被扫描从站。同时，将被扫描从站上传的周期性DPV0输入数据通过DP通信端共享存储器管理模块写入IO数据区中。

作为DP主站，网关与从站之间的DPV1通信由数据类型为0x0006的管道消息引发。在接收到邮箱事件并从管道区中获取命令消息后，PROFIBUSDP从站扫描模块根据命令消息中的从站内部寻址、数据长度、实际数据和DPV1通信读写属性开启与从站的非周期性DPV1读写通信，获取从站DPV1读数据或下发DPV1写数据。

DP主站与从站通信期间产生的诊断数据保存在DP通信协议微控制单元本地存储区中，通过DP通信端共享存储器管理模块处理数据类型为0x0003的管道命令消息，使用控制单元通信管理模块将通信所需的诊断数据最终发送至以太网通信协议微控制单元。

步骤⑦：DP端控制单元通信管理模块检测以太网通信协议微控制单元是否发送新的DP通信配置帧报文。

如果接收到新的有效DP通信配置数据，重复步骤①中DP通信配置解析与DP通信配置通过共享存储器传输DP通信配置的过程。

如果没有接收到DP通信配置数据，或已完成DP通信配置的处理，DP端控制单元通信管理模块继续周期性循环维护与以太网通信协议微控制单元之间的通信。

步骤⑧：DP通信端共享存储器管理模块周期性查询是否有新的DP通信配置。

如果由共享存储器得到了新的DP通信配置，DP通信协议微控制单元重复步骤③中

接收并解析DP通信配置的过程。

如果没有接收到DP通信配置数据，或已完成DP通信配置的接收与解析，DP通信协议微控制单元重复步骤⑤与步骤⑥中对PROFIBUSDP总线通信的维护。

表1：

表2：

数据类型

数据长度

数据

CRC校验值

Claims (6)

1.PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其硬件设备包括：DP通信协议微控制单元和以太网通信协议微控制单元，其中共享存储器内置于DP通信协议微控制单元中；

其具体步骤如下：

步骤①：共享存储器被分为寄存器区、管道区、IO数据区、与邮箱区；

寄存器区主要包含网关基础设备信息、主站DP配置、主站通信状态、从站DP配置、从站通信状态、从站控制信息；

管道区用来实现PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的双向非周期性数据通信；

IO数据区用于实时交换PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的周期性输入输出数据；

邮箱区用于实现PROFIBUSDP端与PROFINET端之间的中断事件通信；

步骤②：上电后，DP通信协议微控制单元检查本地是否存在有效DP配置；

如果本地存在有效DP配置，DP通信协议微控制单元将配置信息解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息，并将DP主站配置信息放于共享存储器寄存器区，被扫描从站配置信息放于管道区中，通知DP端共享存储器管理模块有配置信息传输；

如DP通信协议微控制单元本地不存在有效DP配置或已完成DP配置传输，DP通信协议微控单元调用PROFIBUSDP主站状态机制管理模块和从站扫描模块维护DP通信，并控制单元间的数据通信；

步骤③：DP通信协议微控制单元判断是否本地存在有效配置后作为DP主站维护PROFIBUSDP总线通信，并访问共享存储器查询是否有新的有效DP配置和处理DP通信数据；

如果在共享存储器邮箱区中查询到DP配置信息，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区和管道区中取出DP配置并按照当前主站状态与最新配置重启PROFIBUSDP总线扫描；

如果不存在有效DP配置信息，DP通信协议微控制单元继续维护主站状态机制与DP总线报文接收/发送；

DP通信协议微控制单元维护网关与DP从站之间的PROFIBUSDP通信，其中周期性通信的DPV0输入输出数据，而非周期性数据，主要包括DPV1读写数据，诊断信息数据，这些数据将放入共享存储器，或由共享存储器中取出；

DP通信中的数据由共享存储器实现与以太网通信协议微控制单元之间的互传；

步骤④：以太网通信协议微控制单元维护网关与PROFINET控制器的通信，通过共享存储器IO数据区与管道区实现与DP端互传周期性通信数据和非周期性通信相关的数据；

步骤⑤：当用户由以太网下载DP配置信息时，以太网通信协议微控制单元将此DP配置通过共享存储器发送给DP通信协议微控制单元；DP通信协议微控制单元将其解析为DP主站配置与被扫描从站配置信息，并将DP主站配置信息放于共享存储器寄存器区，被扫描从站配置信息放于管道区中；

步骤⑥：当DP通信协议微控制单元在邮箱区中查询到DP配置更新，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区与管道区中取出DP配置并按照当前主站状态与当前更新DP配置开启PROFIBUSDP总线扫描。

2.根据权利要求1所述的PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其中步骤①、②中，DP通信协议微控制单元在上电后访问本地存储区，判断是否存在有效DP配置；

如果由本地存储区中可获得有效DP配置数据，DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP通信配置解析模块将配置数据解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息两部分；

其中，DP主站配置信息包括主站地址、总线最高站地址、总线波特率、各总线时间和主站工作模式等等，并在共享存储器的寄存器区都有相应的寄存器；DP通信协议微控制单元通过对外通信端共享存储器管理模块将这些DP主站配置信息存入各自的寄存器中；

被扫描从站配置信息包含一个或多个被扫描从站的配置信息，如从站个数、从站地址、从站ID号、从站各种数据长度信息、从站初始化数据和从站功能属性；鉴于被扫描从站配置信息的非周期性、复杂度与大数据量，此部分配置信息通过管道区传送；

PROFIBUSDP通信配置解析模块通过对外通信端共享存储器管理模块向管道区中存入单个被扫描从站配置信息的管道命令消息。在完成管道命令消息的写入之后，对外通信端共享存储器管理模块在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

在得到应答消息且DP配置中有多个被扫描从站时，对外通信端共享存储器管理模块继续向管道中放入下一个被扫描从站配置信息的命令消息；

以上步骤将被重复，直至所有被扫描从站配置信息都经由管道发送完毕；

如果没有在本地存储区获得有效DP配置或完成DP配置传输后，DP端控制单元通信管理模块维护与以太网通信协议微控制单元之间的通信。

3.根据权利要求1所述的PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其中步骤③中，DP通信端共享存储器管理模块查询共享存储器邮箱区，判断当前共享存储器内是否有DP有效配置；

如果共享存储器中已经存有DP配置信息，DP通信端共享存储器管理模块从寄存器区获取DP主站配置信息，从管道区中取出被扫描从站配置信息；

在处理完本条命令消息之后，DP通信端共享存储器管理模块向管道中写入应答消息；

当存在多个被扫描从站时，DP通信端共享存储器管理模块重复以上从管道获取消息的步骤，直至所有被扫描从站配置信息取完。

DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP从站扫描模块维护网关设备作为DP主站与从站之间的总线通信，仅在已通过DP通信端共享存储器管理模块获得有效DP配置的情况下，PROFIBUSDP从站扫描模块启动；

为了实现与从站的正常通信，PROFIBUSDP从站扫描模块分解DP通信端共享存储器获得的被扫描从站配置信息，将其中初始化数据转换为DP总线报文发送给从站以完成主从之间的初始化流程，进入数据交换；

在与从站进行周期性DPV0通信时，从站扫描模块调用DP通信端共享存储器管理模块从IO数据区获取的数据，将其作为DPV0输出数据周期性发送给被扫描从站；同时，将被扫描从站上传的周期性DPV0输入数据通过DP通信端共享存储器管理模块写入IO数据区中；

作为DP主站，网关与从站之间的DPV1通信由管道消息引发。在接收到邮箱事件并从管道区中获取命令消息后，PROFIBUSDP从站扫描模块根据命令消息中的从站内部寻址、数据长度、实际数据和DPV1通信读写属性开启与从站的非周期性DPV1读写通信，获取从站DPV1读数据或下发DPV1写数据；

DP主站与从站通信期间产生的诊断数据保存在DP通信协议微控制单元本地存储区中，通过DP通信端共享存储器管理模块处理管道命令消息，使用控制单元通信管理模块将通信所需的诊断数据最终发送至以太网通信协议微控制单元。

4.根据权利要求1所述的PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其中步骤④中，以太网通信协议微控制单元维护网关与PROFINET控制器的通信，通过以太网端控制单元通信管理模块维护与DP通信协议微控制单元之间的通信；

当以太网通信协议微控制单元的PROFINET通信模块接收到来自PROFINET控制器的通信报文后，由以太网端控制单元通信模块发送给DP通信协议微控制单元；DP端控制单元通信模块接收帧报文并判断此报文中包含何种数据；通过调用通信数据映射关系解析模块，根据数据映射表确认本次PROFINET通信请求希望获得何种数据，或在DP通信端执行各种操作；

如果本次以太网通信请求为PROFINET周期性读写操作，PROFINET通信网络中的周期性输入输出数据最终将映射为DPV0周期性输入输出数据，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表从共享存储器的IO数据区中取出相应的输入数据放入PROFINET周期性输入报文中，并将PROFINET周期性输出数据放入IO数据区中；

如果本次以太网通信请求希望获得DPV1非周期性读数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入读DPV1非周期性通信数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1读数据的应答消息后，此DPV1读数据最终通过控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET读响应报文；

如果本次以太网通信请求希望发送DPV1非周期性写数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入写DPV1非周期性通信数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到来自DP通信端共享存储器管理模块带有非周期性DPV1写数据成功的应答消息后，通过两个控制单元通信模块将此应答消息传送给以太网通信协议微控制单元，由以太网通信协议微控制单元将写成功确认信息放入PROFINET写响应报文；

如果本次以太网通信请求希望获得DP通信诊断相关数据，对外通信端共享存储器管理模块向管道区内写入请求DP通信诊断数据的管道命令消息，并在邮箱区写入邮箱事件以通知DP通信端共享存储器管理模块；

得到带有诊断数据的应答消息后，此诊断数据通过控制单元通信管理模块发送到以太网通信协议微控制单元，并由以太网通信协议微控制单元将获得的数据放入PROFINET非周期报文中；

如果本次以太网通信请求希望传送DP通信相关控制信息，如，主站工作状态切换，对外通信端共享存储器管理模块按照数据映射表把从PROFINET写请求中获得的控制数据写入相应的寄存器中。

5.根据权利要求1所述的PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其中步骤⑤中，以太网通信协议微控制单元将在以太网通信接收到的DP配置通过以太网端控制单元通信管理模块发送给DP通信协议微控制单元；

由DP通信协议微控制单元通过PROFIBUSDP通信配置解析模块将配置数据解析为DP主站配置信息与被扫描从站配置信息两部分，并分别放入共享存储器的寄存器区和管道区中。

6.根据权利要求1所述的PROFIBUSDP与PROFINET通信网络通过共享存储器互连的方法，其中步骤⑥中，当DP通信协议微控制单元在邮箱区中查询到DP配置更新，DP通信协议微控制单元由共享存储器寄存器区中取出主站配置，并从管道区中取出被扫描从站配置；

DP通信端共享存储器管理模块检查邮箱区中的中断信息，取出本条从站配置信息并给出响应；DP通信端共享存储器管理模块会重复此操作直至所有从站配置信息都被取出；

在获得完整DP配置后，DP通信协议微控制单元调用PROFIBUSDP主站状态机制管理模块和PROFIBUSDP从站扫描模块按照当前主站状态与当前更新DP配置开启PROFIBUSDP总线扫描。