CN111198841A - 基于reworks系统的profibus_DP从站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于reworks系统的profibus_DP从站，包括：CPU平台和profibus_DP模块；通过CPU平台将数据传入profibus_DP模块与profibus_DP主站进行数据交互。本发明用户不需关心底层硬件及操作系统的细节，使主要精力集中在用户应用程序的开发上，CPU中使用锐华嵌入式实时操作系统，保证了任务的实时性。

Description

基于reworks系统的profibus_DP从站

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，具体地，涉及一种基于reworks系统的profibus_DP从站。尤其地，涉及profibus协议栈的实现方法。

背景技术

profibus_DP由于其高速低成本特性而专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。目前，现有的profibus_DP从站设备缺乏通用性，仅针对于某一特定场合适用；用户难以在此基础上根据需要来进行修改，增加了用户的开发难度。

针对上述现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题体现在以下几点：

1)提升profibus协议栈的实时性能；

2)用户难以开发应用层程序；

3)无法保证应用任务和通信任务的实时性；

4)用户需深入了解profibus技术规范细节才能进行二次开发，延长了开发周期。

经检索发现如下专利文献：

申请号：201410287266.9，名称：一种PROFIBUS DP通信模块。该发明涉及一种PROFIBUS DP通信模块，实现用户数据到PROFIBUS DP总线的通信,包括顺序连接的微控制器、PROIBUS DP协议芯片、串口通信芯片，以及微控制器和PROIBUS DP协议芯片之间连接的反相器、锁存器；所述反相器与锁存器连接。该发明具有结构简单、集成度高、体积小、通信可靠等特点，减少工业现场PROIBUS DP从站设计复杂度、降低用户使用PROIBUS DP技术门槛和开发成本，有利于产品集成和产品快速开发。

申请号：201210331696.7，名称：一种基于FPGA的Profibus-DP从站装置。该发明的从站装置包括：核心单元---协议转换模块，用于分析报文，处理数据，完成数据交换；外围单元，用于与Profibus-DP网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态。该装置具有广泛的通用性，当外部设备满足通信接口装置中接口电路的规范时，通信接口装置可与任意外部设备互联交换Profibus-DP数据信息。

申请号：200920194333.7，名称：注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路。该发明公开了一种基于单片机的注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路，主要由PROFIBUS-DP通信接口电路和I/O接口电路组成,其中PROFIBUS-DP通信接口电路主要由SIEMENS的从站协议芯片SPC3、89C51微处理器、连接PROFIBUS-DP总线的RS-485接口、采集和发送注塑机工作参数的开关量及模拟量输入/输出电路等组成。采用89C51单片机加PROFIBUS通信协议专用ASIC协议芯片SPC3,实现PROFIBUS-DP从站接口电路的开发,能够将具有DP接口的PLC和没有DP接口的检测部件连入整个PROFIBUS-DP总线,形成注塑成型加工过程的网络控制系统。该接口电路的性价比高、结构简单、易于扩充、功能设计灵活、系统实时性和可靠性好。

申请号：201320357009.9，名称：一种基于微控制器和SPC3的PROFIBUS-DP从站。该实用新型公开了一种基于微控制器和SPC3的PROFIBUS-DP从站，包括微控制器、SPC3芯片和隔离转换电源，SPC3芯片和微控制器通过静态存储器控制器异步并行连接；SPC3芯片依次连接光耦隔离电路、驱动接口电路和RS-485总线；隔离转换电源连接微控制器、SPC3芯片、光耦隔离电路、驱动接口电路和RS-485总线；RS-485总线通过Profibus网络连接主站的直流保护装置；所述微控制器的型号为STM32F107。该实用新型主CPU采样数据除了自身完成IEC61850-9-2协议对外发送外，PROFIBUS-DP从站通过双CAN总线获取主CPU的采样数据，实现了采样数据共享。

申请号：200510133690.9，名称：嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法。该发明涉及嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法。可将仪表或设备与PROFBUS总线连接,实现Profibus现场总线中DP从站的通讯功能。该接口模块一端通过双口RAM、或TTL电平的异步串行口,与8位或16位微处理器为智能控制器交换数据,可嵌入智能仪表设备的电路。另一端是标准Profibus-DP从站接口,使设备或仪表作为Profibus-DP从站接入总线与其他设备通讯。该发明用于高速、运动控制装置的Profibus接口,如变频器、伺服定位控制器等,或用于变频器、电机启动保护装置、高低压电器、现场测量设备及仪表等。具有开发周期短、应用简单、低成本等特点,能够带来重大的社会效益和经济效益。

申请号：201420402244.8，名称：一种基于FPGA与VPC3+C的电动变桨系统PROFIBUS-DP通信接口。该实用新型公开了一种基于FPGA与VPC3+C的电动变桨系统PROFIBUS-DP通信接口。包括FPGA芯片、VPC3+C芯片、隔离保护电路和RS485总线驱动器，VPC3+C芯片和FPGA芯片通过模拟数据总线和模拟地址总线连接；VPC3+C芯片依次与隔离保护电路和RS485总线驱动器连接；电源给变桨系统控制器、FPGA芯片、双口RAM、VPC3+C芯片、隔离保护电路和RS485总线驱动器供电；双口RAM连接FPGA芯片和VPC3+C芯片；变桨系统通过PROFIBUS-DP总线与风机主控系统连接。本实用新型采用FPGA芯片控制着变桨系统的开关信号，完成数据通信，使得变桨系统结构紧凑，资源得到充分利用。使用FPGA中的硬件资源建立了FPGA芯片与VPC3+C芯片之间的信息传输通道，避免了再设计数据交互接口，变桨系统控制器可直接将采样数据写入FPGA指定内存。

综上，现有profibus_DP从站实现方法专注于提高profibus_DP协议栈本身处理数据的效率、提高profibus_DP协议栈的可移植性、扩展profibus_DP的功能、提升profibus_DP协议栈的实时性。对于工业控制领域而言，完善应用层到profibus_DP协议栈的对接同样重要。本发明提供了一种确保应用层任务及通信任务的实时性、提升数据在主从之间传输效率、完善工业控制领域的应用的方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于reworks系统的profibus_DP从站。

根据本发明提供的一种基于reworks系统的profibus_DP从站，包括：

CPU平台和profibus_DP模块；

通过CPU平台将数据传入profibus_DP模块与profibus_DP主站进行数据交互。

优选地，所述profibus_DP模块运行之后，在CPU平台通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口，实现CPU平台与profibus_DP主站的通信。

优选地，所述通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口指：

文件打开步骤：打开相应设备文件；

读任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的读接口，创建相应读任务；

写任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的写接口，创建相应写任务。

优选地，所述profibus_DP模块：

进行profibus_DP的状态机通信状态处理；

进行VPC3芯片状态轮询处理。

优选地，所述进行profibus_DP的状态机通信状态处理包括：

步骤S101：等待参数化；

步骤S102：等待组态；

步骤S103：进行数据交换。

优选地，所述进行VPC3芯片状态轮询处理包括：

步骤S201：读出中断寄存器中的值，判断是否有中断事件产生：若没有相应的中断事件则跳出此次轮询；若有，则进入步骤S202；

步骤S202：判断是否有新的参数数据：若有，则检查参数是否正确，参数正确则进入步骤S203，参数错误则循环检查参数是否正确，直至参数正确；否则，进入步骤S203；

步骤S203：判断是否有新的组态数据：若有，则检查组态是否正确，组态正确则进入步骤S204，组态错误则循环检查组态是否正确，直至组态正确；否则，进入步骤S204；

步骤S204：判断是否有输入或输出的数据交互：若有，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S205；否则，进入步骤S205；

步骤S205：判断诊断缓冲区是否改变：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S206；否则，进入步骤S206；

步骤S206：判断是否接收到新的全局控制指令：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S207；否则，进入步骤S207；

步骤S207：判断定时时间是否已到：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S208；否则，进入步骤S208：；

步骤S208：判断从站地址是否设置：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S209；否则，进入步骤S209；

步骤S209：将读出的中断寄存器中的值进行记录。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)本发明用户不需关心底层硬件及操作系统的细节，使主要精力集中在用户应用程序的开发上；

2)本发明CPU中使用锐华嵌入式实时操作系统，保证了任务的实时性；

3)本发明国产锐华嵌入式实时操作系统支持跨平台：x86、PowerPC、ARM、DSP、龙芯、飞腾，使得本发明可实现跨平台兼容运行。

4)本发明国产锐华嵌入式实时操作系统支持多协议：CanOpen、EtherCAT、Modbus、POWERLINK，通过协议转换使得本发明可实现多种协议兼容。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于锐华嵌入式实时操作系统的profibus_DP主从站总体框架示意图。

图2为本发明提供的系统相关读写操作示意图。

图3为本发明提供的profibus_DP状态机流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于reworks系统的profibus_DP从站，包括：

CPU平台和profibus_DP模块；

通过CPU平台将数据传入profibus_DP模块与profibus_DP主站进行数据交互。

具体地，所述profibus_DP模块运行之后，在CPU平台通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口，实现CPU平台与profibus_DP主站的通信。

具体地，所述通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口指：

文件打开步骤：打开相应设备文件；

读任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的读接口，创建相应读任务；

写任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的写接口，创建相应写任务。

具体地，所述profibus_DP模块：

进行profibus_DP的状态机通信状态处理；

进行VPC3芯片状态轮询处理。

具体地，所述进行profibus_DP的状态机通信状态处理包括：

步骤S101：等待参数化；

步骤S102：等待组态；

步骤S103：进行数据交换。

具体地，所述进行VPC3芯片状态轮询处理包括：

步骤S201：读出中断寄存器中的值，判断是否有中断事件产生：若没有相应的中断事件则跳出此次轮询；若有，则进入步骤S202；

步骤S202：判断是否有新的参数数据：若有，则检查参数是否正确，参数正确则进入步骤S203，参数错误则循环检查参数是否正确，直至参数正确；否则，进入步骤S203；

步骤S203：判断是否有新的组态数据：若有，则检查组态是否正确，组态正确则进入步骤S204，组态错误则循环检查组态是否正确，直至组态正确；否则，进入步骤S204；

步骤S204：判断是否有输入或输出的数据交互：若有，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S205；否则，进入步骤S205；

步骤S205：判断诊断缓冲区是否改变：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S206；否则，进入步骤S206；

步骤S206：判断是否接收到新的全局控制指令：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S207；否则，进入步骤S207；

步骤S207：判断定时时间是否已到：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S208；否则，进入步骤S208：；

步骤S208：判断从站地址是否设置：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S209；否则，进入步骤S209；

步骤S209：将读出的中断寄存器中的值进行记录。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

本发明的总体框架图如图1所示，其中CPU中运行了为用户提供的profibus_DP相关读写接口，在profibus_DP模块中实现了profibus_DP协议栈。

锐华嵌入式实时操作系统(reworks)为了满足嵌入式装备的使用需求，采用微内核模块设计架构，操作系统核心完全自主研发。基于核心实现I/O、网络协议栈、文件系统图形等外围模块，具备强实时、高可靠、可裁剪、可扩展等特点。其主要技术特性：CPU可采用x86、PowerPC、ARM、DSP、龙芯、飞腾等；提供符合POSIX 1003.13-2003/POSIX1003.1-2001实时规范接口以及VxWorks兼容接口；分布式处理支持OMG RT-CORBA、SCA核心框架；支持多协议：CanOpen、EtherCAT、Modbus、POWERLINK。可用于国防安全(战术通信、战术指控、电子战等领域电子装备)、信息家电、工业控制、装备制造电子、船舶电子、交通电子等领域。

用户通过系统为其提供的读写功能接口与profibus_DP协议栈从站进行数据交互，用户不必了解profibus_DP协议栈内部细节即可实现与profibus_DP主站的数据通信。

系统提供profibus_DP从站相关读写功能实现包括如下步骤，如图2所示。

步骤1：打开相应设备文件；

步骤2：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的读接口，创建相应读任务；

步骤3：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的写接口，创建相应写任务。

profibus_DP模块中的软件主要由profibus_DP的状态机和VPC3芯片状态轮询处理，按照profibus_DP协议相关规定，profibus_DP状态机通信状态如下，如图3所示。

步骤1：等待参数化；

步骤2：等待组态；

步骤3：进行数据交换。

profibus_DP状态机通讯状态的步骤1、步骤2为profibus_DP主站和从站之间进行数据交换(步骤3)的前提步骤，不同步骤表明了profibus_DP主从站通信的不同状态。

VPC3芯片状态轮询处理包括如下步骤。

步骤1：判断是否有中断事件产生，若没有相应的中断事件则跳出此次轮询；

步骤2：判断是否有新的参数数据；

步骤3：判断是否有新的组态数据；

步骤4：判断是否有输入或输出的数据交互；

步骤5：判断诊断缓冲区是否改变；

步骤6：判断是否接收到新的全局控制指令；

步骤7：判断定时时间是否已到；

步骤8：判断从站地址是否设置；

步骤9：将中断值进行记录。

Profibus_DP主站、从站及系统所在平台的连接框架如图1。profibus_DP主站通过DP接口与profibus_DP从站进行数据交互，profibus_DP从站内部的CPU通过串口与profibus_DP模块实现数据交互，从而通过CPU与profibus_DP模块设计成相应的profibus_DP从站，使得CPU与profibus_DP主站之间建立profibus协议通信。

用户通过CPU平台将数据传入profibus_DP模块与profibus_DP主站进行数据交互。系统运行在CPU平台上，通过提供给用户的初始化接口，对CPU与profibus_DP模块之间的通信串口进行初始化。通过提供给用户的参数配置接口，进行串口波特率、字长、奇偶校验、停止位配置。为了保持profibus主从设备之间数据交互的实时性，使得在profibus_DP模块中的协议栈一直处于运行状态。profibus_DP模块运行之后，在CPU平台通过锐华实时操作系统以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口，实现CPU平台与profibus_DP主站的通信。

VPC3芯片作为profibus_DP主站和从站之间数据交换的代理端，将profibus_DP主站数据转发至从站，将profibus_DP从站数据转发至主站。状态轮询即是代理端在整个主从数据交互过程中，对主从站之间不同通信状态的切换。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，包括：

CPU平台和profibus_DP模块；

通过CPU平台将数据传入profibus_DP模块与profibus_DP主站进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，所述profibus_DP模块运行之后，在CPU平台通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口，实现CPU平台与profibus_DP主站的通信。

3.根据权利要求2所述的基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，所述通过锐华实时操作系统reworks以启动任务的方式调用为用户提供的读写接口指：

文件打开步骤：打开相应设备文件；

读任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的读接口，创建相应读任务；

写任务创建步骤：利用锐华嵌入式实时操作系统和为用户提供的写接口，创建相应写任务。

4.根据权利要求2所述的基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，所述profibus_DP模块：

进行profibus_DP的状态机通信状态处理；

进行VPC3芯片状态轮询处理。

5.根据权利要求4所述的基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，所述进行profibus_DP的状态机通信状态处理包括：

步骤S101：等待参数化；

步骤S102：等待组态；

步骤S103：进行数据交换。

6.根据权利要求4所述的基于reworks系统的profibus_DP从站，其特征在于，所述进行VPC3芯片状态轮询处理包括：

步骤S201：读出中断寄存器中的值，判断是否有中断事件产生：若没有相应的中断事件则跳出此次轮询；若有，则进入步骤S202；

步骤S202：判断是否有新的参数数据：若有，则检查参数是否正确，参数正确则进入步骤S203，参数错误则循环检查参数是否正确，直至参数正确；否则，进入步骤S203；

步骤S203：判断是否有新的组态数据：若有，则检查组态是否正确，组态正确则进入步骤S204，组态错误则循环检查组态是否正确，直至组态正确；否则，进入步骤S204；

步骤S204：判断是否有输入或输出的数据交互：若有，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S205；否则，进入步骤S205；

步骤S205：判断诊断缓冲区是否改变：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S206；否则，进入步骤S206；

步骤S206：判断是否接收到新的全局控制指令：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S207；否则，进入步骤S207；

步骤S207：判断定时时间是否已到：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S208；否则，进入步骤S208：；

步骤S208：判断从站地址是否设置：若是，则进行该中断相应的置位，然后进入步骤S209；否则，进入步骤S209；

步骤S209：将读出的中断寄存器中的值进行记录。

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