CN110445569B - 一种具有定时与指令同步功能的集成系统 - Google Patents

一种具有定时与指令同步功能的集成系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有定时与指令同步功能的集成系统,所述定时与指令同步功能的集成系统包括系统定时器模块、第三方处理器并口解析、以太网控制自动化技术(EtherCAT)发送报文打包模块、以太网媒体访问控制(MAC)模块、嵌入式软核处理器(Micorblaze)模块、快捷外设互联标准(PCIE)接口模块、过程数据对象(PDO)报文发送模块以及运行状态监控模块，于实施例中的定时与指令同步系统更包括主站以及至少一从站，此系统由于提出以系统定时器模块为以太网控制自动化技术(EtherCAT)发送报文打包模块提供两种高精度同步，使其最小指令周期达125us，抖动控制为±80ns，故可大幅提升系统运作速度。

Description

一种具有定时与指令同步功能的集成系统
技术领域
本发明涉及开放源代码及高性能系统领域，尤其涉及一种具有定时与指令同步功能的集成系统。
背景技术
目前大多采用Xilinx Spartan6在现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray, 通称FPGA)上实现，其中Xilinx Spartan6系列内部采用双寄存器、6输入的LUT以及一系列的内建系统级模块，这些系统级模块有18Kb Block RAM、第二代DSP48A21 Slice、SDRAM存储器接口、混合型时钟管理模块、Select IO技术、高速串行收发器、快捷外设互联标准 (Peripheral Component Interconnect Express,通称PCIE)接口、电源管理模式、可自动检测配置以及具有高级加密标准和Device DNA 定制安全算法的IP。
并且搭配以太网控制自动化技术(Ether Control Automation Technology, 通称EtherCAT)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EtherCAT可提供高精度设备同步、选线缆冗余以及功能性安全协议(SIL3)，并且支持线形、树形和星形设备连接拓扑系统。
当报文通过从站设备时，从站识别出相关的命令并作出相应的处理，其中通信性能和从站设备控制微处理器的响应时间是相互独立的，且每个从站设备都具有可编址的内存，其容量最大可为64KB，能够对其进行连续的或同步的读写操作，可以把多个EtherCAT命令数据嵌入到同一个以太网数据帧中，每个数据对应不同的设备或内存区。
但在传统的EtherCAT方案中存在一些缺陷，其一般指令周期为500us或者1000us抖动几十us，故本发明提出以系统定时器模块为EtherCAT 提供两种高精度同步，使其最小指令周期达125us，抖动控制为±80ns，故可大幅提升系统运作速度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有定时与指令同步功能的集成系统，所述定时与指令同步功能的集成系统提出以系统定时器模块为EtherCAT 提供两种高精度同步，使其最小指令周期达125us，抖动控制为±80ns，故可大幅提升系统运作速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有定时与指令同步功能的集成系统，包括：
系统定时器模块，所述系统定时器模块用以提供定时与指令同步的参考时钟；
以太网控制自动化技术(EtherCAT)发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述定时与指令同步的参考时钟转送信号至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制(MAC)模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出(I/O)装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器(Micorblaze)模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
在本发明所述的系统中，所述定时与指令同步功能的集成系统更包括:
快捷外设互联标准(PCIE)接口模块，用以连接计算机处理器，分别电性所述以太网媒体访问控制模块以及所述第三方处理器并口解析；
过程数据对象(PDO)报文发送模块，用以接收计算机处理器服务状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述第三方处理器并口解析以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
运行状态监控模块，用以接收伺服驱动器状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
在本发明所述的系统中，所述系统定时器模块，其中最小指令周期为125us，抖动控制为±80ns。
在本发明所述的系统中，所述快捷外设互联标准接口为PCIE Gen1 X1 高速接口。
在本发明还涉及一种定时与指令同步系统，其特征在于，包括：主站，所述主站包括：
第一系统定时器模块，所述系统定时器模块提供第一参考时钟。
以太网控制自动化技术发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述系统定时器模块提供的两种高精度同步产生的信号转送至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
至少一从站，其经以太网连接所述主站，所述从站包括:
第二系统定时器模块，所述系统定时器模块提供第二参考时钟，所述第一系统定时器模块依据所述第二参考时钟产生所述第一参考时钟或所述第二系统定时模块依据所述第一参考时钟产生所述第二参考时钟。
以太网控制自动化技术发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述系统定时器模块提供的两种高精度同步产生的信号转送至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
在本发明所述的系统中，所述运行状态监控模块实时监测主站的运行状态，其中所述的运行状态是循环冗余查核(CRC)错误次数以及报文收发次数。
在本发明所述的系统中，所述定时与指令同步功能的集成系统更包括:
快捷外设互联标准(PCIE)接口模块，用以连接计算机处理器，分别电性所述以太网媒体访问控制模块以及所述第三方处理器并口解析；
过程数据对象(PDO)报文发送模块，用以接收计算机处理器服务状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述第三方处理器并口解析以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
运行状态监控模块，用以接收伺服驱动器状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
实施本发明的定时与指令同步功能的集成系统，具有以下有益效果：此系统提出以系统定时器模块为EtherCAT 提供两种高精度同步，使其最小指令周期达125us，抖动控制为±80ns，故可大幅提升系统运作速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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为本发明的定时与指令同步功能的集成系统方块图；
图2为本发明又一实施例的定时与指令同步功能的集成系统方块图；
图3为本发明另一实施例的定时与指令同步功能的集成系统方块图；
图4为本发明另一实施例的定时与指令同步系统方块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的定时与指令同步功能的集成系统实施例中，其定时与指令同步功能的集成系统方块图，如图1所示。图中，所述定时与指令同步功能的集成系统包括系统定时器模块13、以太网控制自动化技术(EtherCAT)发送报文打包模块3、以太网媒体访问控制(MAC)模块4、第三方处理器并口解析2和嵌入式软核处理器(Micorblaze)模块5；所述定时与指令同步系统系统还包括快捷外设互联标准(PCIE)接口模块1、过程数据对象(PDO)报文发送模块11和运行状态监控模块12。
所述系统定时器模块13用以提供定时与指令同步的参考时钟，其中最小指令周期为125us，抖动控制为±80ns；所述EtherCAT发送报文打包模块3电性连接所述系统定时器模块13，将所述定时与指令同步的参考时钟转送信号至多个外部伺服驱动器B1。
如图1所示，所述以太网MAC模块4，通过网络接口连接多个自动化设备B的多个外部伺服驱动器B1，并分别电性连接所述系统定时器模块13以及所述EtherCAT发送报文打包模块 3；所述第三方处理器并口解析2用以解析协议不同的外部伺服驱动器B1，并电性连接所述PCIE接口模块1；所述Micorblaze模块5，分别电性连接并控制所述系统定时器模块13、所述EtherCAT发送报文打包模块3以及所述以太网MAC模块4；所述PCIE接口模块1为PCIEGen1 X1 高速接口用以连接计算机处理器A，分别电性所述以太网MAC模块4以及所述第三方处理器并口解析2；所述PDO报文发送模块11用以接收计算机处理器A服务状态，并分别电性连接所述PCIE接口模块1、所述第三方处理器并口解析2以及所述EtherCAT发送报文打包模块3；所述运行状态监控模块12用以接收外部伺服驱动器B1状态，且计算机处理器A通过PCIE接口实时监测主站的运行状态，其中所述的运行状态是CRC错误次数以及报文收发次数，并分别电性连接所述PCIE接口模块1、所述EtherCAT发送报文打包模块3以及所述以太网MAC模块4。
另一实施例中，如图2所示，所述以太网MAC模块4通过网络接口连接自动化设备B的多个输入/输出(I/O)装置B2。
又一实施例中，如图3所示，所述以太网MAC模块4通过网络接口连接自动化设备B的多个外部伺服驱动器B1和多个输入/输出(I/O)装置B2。
本实施例还涉及一种定时与指令同步系统，该系统系统方块图，如图4所示。图4中，所述一种定时与指令同步系统，包括主站131，其包括第一系统定时器模块1311，所述第一系统定时器模块1311包括第一参考时钟1312、从站132，所述从站包括第二系统定时器模块1321，所述第二系统定时器模块1321包括第二参考时钟1322和以太网(Ether)C。
其中，主站131的第一系统定时器模块1311提供第一参考时钟1312，至少一从站132的第二系统定时器模块1321提供第二参考时钟1322，其经Ether C连接所述主站131，所述第一系统定时器1311模块依据所述第二参考时钟1322产生所述第一参考时钟1312或所述第二系统定时模块1321依据所述第一参考时钟1312产生所述第二参考时钟1322；所述第一系统定时器模块1311和第二系统定时器模块1321可通过以太网MAC模块4经由Ether C连接至主站和从站，其余模块运作方式相同于定时与指令同步功能的集成系统，因此不再赘述。
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 (7)

1.一种具有定时与指令同步功能的集成系统，其特征在于，包括：
系统定时器模块，所述系统定时器模块用以提供定时与指令同步的参考时钟；
以太网控制自动化技术(EtherCAT)发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述定时与指令同步的参考时钟转送信号至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制(MAC)模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出(I/O)装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器(Micorblaze)模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
所述定时与指令同步功能的集成系统更包括:
快捷外设互联标准(PCIE)接口模块，用以连接计算机处理器，分别电性所述以太网媒体访问控制模块以及所述第三方处理器并口解析；
过程数据对象(PDO)报文发送模块，用以接收计算机处理器服务状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述第三方处理器并口解析以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
运行状态监控模块，用以接收伺服驱动器状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统定时器模块，其中最小指令周期为125us，抖动控制为±80ns。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述快捷外设互联标准接口为PCIE Gen1X1 高速接口。
4.一种具有定时与指令同步功能的集成系统，其特征在于，包括:
主站，其包括:
第一系统定时器模块，所述第一系统定时器模块提供第一参考时钟；
以太网控制自动化技术发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述系统定时器模块提供的两种高精度同步产生的信号转送至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
至少一从站，其经以太网连接所述主站，所述从站包括：
第二系统定时器模块，所述第二系统定时器模块提供第二参考时钟，所述第一系统定时器模块依据所述第二参考时钟产生所述第一参考时钟或所述第二系统定时模块依据所述第一参考时钟产生所述第二参考时钟。
5.根据权利要求4的一种定时与指令同步系统，其特征在于，所述从站还包括以太网控制自动化技术发送报文打包模块，电性连接所述系统定时器模块，将所述系统定时器模块提供的两种高精度同步产生的信号转送至多个伺服驱动器；
以太网媒体访问控制模块，通过网络接口连接多个外部伺服驱动器、多个输入/输出装置或上述的组合，并分别电性连接所述系统定时器模块以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
第三方处理器并口解析，用以解析协议不同的外部伺服驱动器，分别电性连接所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块；
嵌入式软核处理器模块，分别电性连接并控制所述系统定时器模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述定时与指令同步功能的集成系统更包括:
快捷外设互联标准(PCIE)接口模块，用以连接计算机处理器，分别电性所述以太网媒体访问控制模块以及所述第三方处理器并口解析；
过程数据对象(PDO)报文发送模块，用以接收计算机处理器服务状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述第三方处理器并口解析以及所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块；
运行状态监控模块，用以接收伺服驱动器状态，分别电性连接所述快捷外设互联标准接口模块、所述以太网控制自动化技术发送报文打包模块以及所述以太网媒体访问控制模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述运行状态监控模块实时监测主站的运行状态，其中所述的运行状态是循环冗余查核(CRC)错误次数以及报文收发次数。
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