CN105554012B - 一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元 - Google Patents

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周玲玲
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Abstract

本发明提供了一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，包括：FPGA芯片，内嵌EtherCAT协议栈，完成EtherCAT数据帧的捕获、拆分、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；DSP单元，包含EtherCAT从站数据解析算法单元、过程协议转换模块以及CANopen主站协议栈单元；CAN模块，用来完成对DSP单元的CANopen主站协议栈单元的支持与通信。本发明通信单元具有高速计算，高速转换等特性，高效率完成只具备Canopen通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制环网。

Description

一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元
技术领域
本发明属于工业控制通讯技术领域，尤其是涉及一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元。
背景技术
随着社会的发展，新能源行业逐渐的得到了重视，由于新能源的不稳定性，不可确定性，以及天气带来的影响，导致发电量波动明显，影响整个电网的使用平衡，因此大规模兴建新能源发电厂受到限制，在这种情况下，分布式发电，智能微电网弥补了以上缺点。所谓智能微电网，即由发电系统，储能系统，负载构成的小电网、微电网，它具有高速调节供需平衡，并网、离网快速切换等特点。其中发电系统：风力发电机组，光伏发电为主。储能系统：电池，超级电容为主。负载：生活用电气设备，工业生产设备等。
由于微电网的规模较小，较分布，可以达到微网内发电，微网内电能消耗，剩余电量并到电网带来经济收入等优点，逐渐被认可。由于微电网经常在并网和孤岛运行模式间互相切换，整个微网的控制策略和响应速度凸显的尤为重要。尤其是在并网转孤岛过程中，储能设备的第一时间介入，关乎到整个微网的成败。
随着电力电子领域的高新技术的融入，EtherCAT通信协议已经渐渐的被应用在智能微电网，智能配电网等相关领域。其高速，高实时，高同步等性能得到业界的广泛认可。但是由于技术过新，很多老牌电力电子设备部不具备EtherCAT通信接口，只具备行业内广泛使用的Canopen通信接口，使得EtherCAT协议在这些电力电子设备的应用方面遇见瓶颈。
所以，需要设计一种EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，来解决目前电力电子设备加入EtherCAT控制网络内的专用协议栈问题，为电力电子设备加入EtherCAT环网创造有利条件。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，能高效率完成只具备Canopen通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制环网。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，包括：
FPGA芯片，内嵌EtherCAT协议栈，完成EtherCAT数据帧的捕获、拆分、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；
DSP单元，包含EtherCAT从站数据解析算法单元、过程协议转换模块以及CANopen主站协议栈单元，
所述EtherCAT从站数据解析算法单元，用来解析处理FPGA芯片传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；
所述过程协议转换模块，用来平衡EtherCAT协议和CANopen协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，完成EtherCAT和CANopen的无缝对接；
所述CANopen主站协议栈单元，为标准的CANopen主站协议栈，通过CAN模块完成标准CANopen协议帧的收发；
CAN模块，用来完成对DSP单元的CANopen主站协议栈单元的支持与通信；
电源模块，为FPGA芯片、DSP单元和CAN模块供电。
进一步的，所述过程协议转换模块的工作流程包括如下内容：首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的CAN通信接口，使能CANopen主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开水输入处理，若状态机为输出则开始输出处理。
进一步的，所述CANopen主站协议栈单元，为基于DSP28X系列的CANopen协议主站。
进一步的，所述FPGA芯片具有双网口。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明解决了目前只具备Canopen通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制网络内的专用协议栈，为电力电子设备加入EtherCAT环网创造有利条件；
(2)本发明通信单元具有高速计算，高速转换等特性，高效率完成只具备Canopen通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制环网。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元的结构原理图；
图2为本发明实施例所述EtherCAT从站数据解析算法单元完成状态切换依据的状态机流程图；
图3为本发明实施例所述过程协议转换模块的工作流程图；
图4为本发明实例所述ethercat侧原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，如图1所示，包括：
FPGA芯片，具有双网口，内嵌EtherCAT协议栈，完成EtherCAT数据帧的捕获和拆分、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线，与DSP单元进行相关的数据传输；本实施例选择EtherCAT工业以太网芯片ET1200。
DSP单元，包含EtherCAT从站数据解析算法单元、过程协议转换模块以及CANopen主站协议栈单元，本实施例选择TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器TMS320F28335。
如图4所示，DSP控制器TMS320F28335通过SPI接口连接FPGA芯片ET1200，FPGA芯片通过PHY芯片和网络变压器连接RJ45接口。
所述EtherCAT从站数据解析算法单元，专门负责解析处理FPGA芯片传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；其中状态机流程图如图2所示；
所述过程协议转换模块，用来平衡EtherCAT协议和CANopen协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，通过此模块，完成EtherCAT和CANopen的无缝对接；其中过程协议转换模块的工作流程如图3所示，包括如下内容，首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的CAN通信接口，使能CANopen主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开始输入处理，若状态机为输出则开始输出处理；
所述CANopen主站协议栈单元，为基于DSP28X系列进行定制化编写的CANopen协议主站，此CANopen协议栈是基于canopen协议组织的要求和规则为依据，进行的相关代码设计，其相关定时器中断等相关功能均采用DSP28335内部资源，并配合DSP28335标准的CAN口进行联合工作，完成这个CANopen协议的收发；通过CAN模块，完成标准CANopen协议帧的收发，可连接标准的CANopen从站并完成相应的通信。
CAN模块，包括信号连接的CAN控制器和CAN收发器，用来完成对DSP单元的CANopen主站协议栈单元的支持与通信；
电源模块，具备5V,3.3V电压等级，可稳定的支撑，未整个通信单元供电；并且具完善的电源滤波功能，为通信盒内通信单元的各个部分提供稳定干净的电源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，其特征在于包括：
FPGA芯片，内嵌EtherCAT协议栈，完成EtherCAT数据帧的捕获、拆分、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；
DSP单元，包含EtherCAT从站数据解析算法单元、过程协议转换模块以及CANopen主站协议栈单元，
所述EtherCAT从站数据解析算法单元，用来解析处理FPGA芯片传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；
所述过程协议转换模块，用来平衡EtherCAT协议和CANopen协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，完成EtherCAT和CANopen的无缝对接；
所述CANopen主站协议栈单元，为标准的CANopen主站协议栈，通过CAN模块完成标准CANopen协议帧的收发；
CAN模块，用来完成对DSP单元的CANopen主站协议栈单元的支持与通信；
电源模块，为FPGA芯片、DSP单元和CAN模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，其特征在于：所述过程协议转换模块的工作流程包括如下内容：首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的CAN通信接口，使能CANopen主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开始输入处理，若状态机为输出则开始输出处理。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，其特征在于：所述CANopen主站协议栈单元，为基于DSP28X系列进行定制化编写的CANopen协议主站，此CANopen协议栈是基于canopen协议组织的要求和规则为依据，进行的相关代码设计，其相关定时器中断等相关功能均采用DSP28335内部资源，并配合DSP28335标准的CAN口进行联合工作，完成这个CANopen协议的收发。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元，其特征在于：所述FPGA芯片具有双网口。
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