CN108173723A - 一种Profinet通讯协议转换卡以及转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Profinet通讯协议转换卡及转换方法,该Profinet通讯协议转换卡包括:MCU、CPLD芯片以及TPS‑1协议芯片;其中,MCU分别与CPLD芯片、TPS‑1协议芯片连接;用于通过TPS‑1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入TPS‑1协议芯片,再发送给Profinet主站,实现数据交换。本申请支持8/16位并行总线,与现有8位总线的硬件接口兼容,软件开发易于实现,芯片引脚较少,设计简单,开发周期短。
Description
技术领域
本发明涉及工业通讯技术领域,特别是涉及一种Profinet通讯协议转换卡以及转换方法。
背景技术
随着以太网在工业领域的广泛应用,变频器的应用场合对通信的实时性提出了更高要求。Profinet作为创新的、开放的以太网,除了支持标准以太网通道,还支持实时通信通道(RT)和等时实时通信通道(IRT),可满足不同实时性要求的应用场合。
目前,现有方案可采用西门子ERTEC200P芯片进行从站开发,其仅支持16/32位并行总线,但是不支持8位并行总线,如CPU仅支持8位并行总线,方案不能实现。ERTEC200P的引脚很多,外围电路复杂,硬件设计和实现复杂,会导致开发周期长,开发难度大。并且,ERTEC200P芯片中的源代码由西门子提供,源码庞大,软件开发难度很大,后续功能实现以及程序维护难度也大。
发明内容
本发明的目的是提供一种Profinet通讯协议转换卡以及转换方法,以提供一种设计简单、便于开发维护的实现Profinet通讯协议转换的方式。
为解决上述技术问题,本发明提供一种Profinet通讯协议转换卡,包括:MCU、CPLD芯片以及TPS-1协议芯片;
其中,所述MCU分别与所述CPLD芯片、所述TPS-1协议芯片连接;用于通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过所述CPLD芯片写入变频器;并通过所述CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。
可选地,所述CPLD芯片中设置有通讯卡标志寄存器、变频器标志寄存器;
其中,所述通讯卡标志寄存器用于标识通讯卡当前的数据收发状态,当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,所述通讯卡标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;
所述变频器标志寄存器用于标识变频器当前的数据收发状态,当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,所述变频器标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
可选地,所述CPLD芯片中不同协议数据区定义在不同的CPLD芯片地址中,以便多种协议并行进行数据交换。
可选地,所述CPLD芯片中还设置有计数器,用于标识所述通讯卡是否发生死机,以便所述变频器在判定发生死机情况下发出复位信号。
可选地,所述MCU为CortexM4,通过并口总线分别与所述CPLD芯片、所述TPS-1协议芯片连接。
可选地,所述CPLD芯片通过硬件接口与所述变频器相连。
可选地,所述TPS-1协议芯片通过网线与所述Profinet主站相连。
本发明还提供了一种Profinet通讯协议转换方法,应用于上述任一种所述的Profinet通讯协议转换卡,包括:
MCU对设备进行初始化配置;
在接收到系统上电或复位的指令后,所述MCU对TPS-1协议芯片进行初始化;
初始化完成后,所述MCU通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过所述CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。
可选地,还包括:
当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中通讯卡标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;
当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中变频器标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
本发明所提供的Profinet通讯协议转换卡以及转换方法,该Profinet通讯协议转换卡包括:MCU、CPLD芯片以及TPS-1协议芯片;其中,MCU分别与CPLD芯片、TPS-1协议芯片连接;用于通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入TPS-1协议芯片,再发送给Profinet主站,实现数据交换。本申请采用从站专用协议芯片TPS-1和主站进行通信,支持8/16位并行总线,与现有8位总线的硬件接口兼容。并且,只需要在MCU中添加TPS-1的初始化程序,可实现Profinet通信,软件开发易于实现,芯片引脚较少,设计简单,开发周期短。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的Profinet通讯协议转换卡的一种具体实施方式的结构示意图;
图2为CPLD地址分配的一种具体实施方式示意图;
图3为本发明所提供的Profinet通讯协议转换方法的流程图。
具体实施方式
在实际应用中,为了满足变频器实时通信以及同步性能要求,同时兼容变频器现有硬件接口,本申请采用TPS-1协议芯片作为Profinet从站协议处理芯片实现变频器的通讯要求。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的Profinet通讯协议转换卡的一种具体实施方式的结构示意图如图1所示,其具体包括:MCU 1(Microcontroller Unit,微控制单元)、CPLD芯片2(ComplexProgrammable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)以及TPS-1协议芯片3;
其中,所述MCU 1分别与所述CPLD芯片2、所述TPS-1协议芯片3连接;用于通过TPS-1协议芯片3读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过所述CPLD芯片2写入变频器;并通过所述CPLD芯片2获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片3,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。
在本实施例中,TPS-1协议芯片通过网线与所述Profinet主站相连,用于Profinet通讯协议的接收、解析、封装、发送、通讯故障检测以及指示等。CPLD芯片通过硬件接口与所述变频器相连。硬件接口具体可以为34脚排针,用来实现通讯卡与变频器之间的数据交互。当然,其他保证通讯卡与变频器之间接口相同的接口均可,并不限于34脚排针。
作为一种具体实施方式,本申请中MCU可以为CortexM4,通过并口总线分别与所述CPLD芯片、所述TPS-1协议芯片连接,用于对TPS-1进行初始化,与TPS-1和CPLD两个芯片进行通信。
CPLD芯片可以通过编程实现双口RAM的功能,变频器的DSP和通讯卡的MCU可同时对CPLD进行读写操作,实现二者间的数据交互。相比于专门的双口RAM,该方案灵活性高、通用性强。进一步地,可以将不同协议数据区定义在不同的CPLD地址中,可允许在一张通讯卡中实现多种协议同时进行数据交换,如图2CPLD地址分配的一种具体实施方式示意图所示。若需开发其他通讯协议,CPLD程序可不修改或少量修改即可实现,通用性和灵活性高。
具体地,CPLD芯片中设置有通讯卡标志寄存器、变频器标志寄存器;其中,所述通讯卡标志寄存器用于标识通讯卡当前的数据收发状态,当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,所述通讯卡标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;所述变频器标志寄存器用于标识变频器当前的数据收发状态,当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,所述变频器标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
CPLD芯片中还设置有计数器,用于标识所述通讯卡是否发生死机,以便所述变频器在判定发生死机情况下发出复位信号。此外,还可以设置有总线类型和模块类型,可用于判断通讯协议的类型。
本发明所提供的Profinet通讯协议转换卡,包括:MCU、CPLD芯片以及TPS-1协议芯片;其中,MCU分别与CPLD芯片、TPS-1协议芯片连接;用于通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入TPS-1协议芯片,再发送给Profinet主站,实现数据交换。本申请采用从站专用协议芯片TPS-1和主站进行通信,支持8/16位并行总线,与现有8位总线的硬件接口兼容。并且,只需要在MCU中添加TPS-1的初始化程序,可实现profinet通信,软件开发易于实现,芯片引脚较少,设计简单,开发周期短。
此外,本发明还提供了一种Profinet通讯协议转换方法,应用于上述任一种Profinet通讯协议转换卡,如图3本发明所提供的Profinet通讯协议转换方法的流程图所示,该方法具体包括:
步骤S101:MCU对设备进行初始化配置;
在初始化阶段,MCU对设备进行配置(与GSD文件的定义一致),主要包括MCU处理器寄存器、模块寄存器的初始化、相关中断的初始化以及复位TPS-1。初始化完成后,MCU负责应用层协议处理。
步骤S102:在接收到系统上电或复位的指令后,所述MCU对TPS-1协议芯片进行初始化;
系统上电或者复位后,MCU对TPS-1进行初始化。主要完成对TPS-1芯片API接口的初始化、设备配置(与GSD文件一致)、启动设备通信等操作。
步骤S103:初始化完成后,进行数据交换。
初始化完成后,MCU负责应用层协议处理,周期性与TPS-1、CPLD交换数据。具体的数据交换过程包括:MCU通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过所述CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。MCU与TPS-1和CPLD芯片进行数据交换均采用并口的方式,其数据线和地址线可以有效的复用。
作为一种具体实施方式,本发明所提供的Profinet通讯协议转换方法,还包括:
当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中通讯卡标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;
当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中变频器标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
综上,本申请利用Profinet实时以太网通信系统,满足变频器在不同实时性应用场合的通讯要求。采用TPS-1协议芯片进行开发,硬件设计容易,开发周期短。并且,与现有硬件接口兼容,易于实现,通用性强,灵活性高,可在此硬件基础上开发其他通讯协议。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的Profinet通讯协议转换卡以及转换方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,包括:MCU、CPLD芯片以及TPS-1协议芯片;
其中,所述MCU分别与所述CPLD芯片、所述TPS-1协议芯片连接;用于通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过所述CPLD芯片写入变频器;并通过所述CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。
2.如权利要求1所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述CPLD芯片中设置有通讯卡标志寄存器、变频器标志寄存器;
其中,所述通讯卡标志寄存器用于标识通讯卡当前的数据收发状态,当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,所述通讯卡标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;
所述变频器标志寄存器用于标识变频器当前的数据收发状态,当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,所述变频器标志寄存器的状态更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
3.如权利要求2所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述CPLD芯片中不同协议数据区定义在不同的CPLD芯片地址中,以便多种协议并行进行数据交换。
4.如权利要求3所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述CPLD芯片中还设置有计数器,用于标识所述通讯卡是否发生死机,以便所述变频器在判定发生死机情况下发出复位信号。
5.如权利要求4所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述MCU为CortexM4,通过并口总线分别与所述CPLD芯片、所述TPS-1协议芯片连接。
6.如权利要求1所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述CPLD芯片通过硬件接口与所述变频器相连。
7.如权利要求1所述的Profinet通讯协议转换卡,其特征在于,所述TPS-1协议芯片通过网线与所述Profinet主站相连。
8.一种Profinet通讯协议转换方法,其特征在于,应用于如权利要求1至7任一项所述的Profinet通讯协议转换卡,包括:
MCU对设备进行初始化配置;
在接收到系统上电或复位的指令后,所述MCU对TPS-1协议芯片进行初始化;
初始化完成后,所述MCU通过TPS-1协议芯片读取Profinet主站的控制指令,经过协议数据处理后,再通过CPLD芯片写入变频器;并通过所述CPLD芯片获取变频器的状态数据,经过协议数据处理后,写入所述TPS-1协议芯片,再发送给所述Profinet主站,实现数据交换。
9.如权利要求8所述的Profinet通讯协议转换方法,其特征在于,还包括:
当所述通讯卡的MCU向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中通讯卡标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述变频器,以使所述变频器处理接收到的数据;
当所述变频器向所述CPLD芯片写数据时,对所述CPLD芯片中变频器标志寄存器的状态进行更新,所述CPLD芯片输出中断给所述通讯卡,以使所述通讯卡处理所述变频器发送的数据。
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