CN112737906B - 一种EtherCAT总线的物理层诊断方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种EtherCAT总线的物理层诊断方法，包括从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据PHY发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态。该方法能够简单高效的实现对EtherCAT总线在100Base‑TX模式下物理层的诊断，降低成本、简化操作。本申请还公开了一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，同样具有上述技术效果。

Description

一种EtherCAT总线的物理层诊断方法及系统
技术领域
本申请涉及现场总线技术领域，特别涉及一种EtherCAT总线的物理层诊断方法；还涉及一种EtherCAT总线的物理层诊断系统。
背景技术
EtherCAT总线是一种以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，被广泛应用到工业设备上。EtherCAT总线采用4B/5B编码法，能够以125MHz的串行数据流来传送数据，支持全双工，且使用MLT-3(多电平传输-3)波形法来降低信号频率至125/3＝41.6MHz。目前，EtherCAT总线具有三种传输模式：100Base-TX模式、100Base-FX模式以及一种符合ANSITIA/EIA-644-A标准的模式。其中，100Base-TX是100Base-T中使用最广的物理层规范。在复杂的工业电气环境中，EtherCAT总线在100Base-TX模式下需要良好的物理层，以保证通信质量。因此，对EtherCAT总线在100Base-TX模式下的物理层进行诊断显得尤为重要。然而目前针对EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层的诊断缺乏行之有效的测试方案，虽然专利CN101878456公开了一种包括电源、一个或多个设备以及诊断系统的电路，诊断系统中的监视装置适合监视电路的物理层特征，但是其需要搭建物理层诊断测试环境，需要添加专门的诊断设备，操作复杂且成本高。
有鉴于此，如何简单高效的实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层的诊断，降低成本、简化操作已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种EtherCAT总线的物理层诊断方法，能够简单高效的实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层的诊断，降低成本、简化操作。本申请的另一目的是提供一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，同样具有上述技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种EtherCAT总线的物理层诊断方法，包括：
从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据PHY发送的数据错误指示信号得到的；
根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；
根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态。
可选的，所述从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数，包括：
根据预设周期轮询所述MAC，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
可选的，所述从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数，包括：
接收所述PHY发送的所述数据错误指示信号，并当接收的所述数据错误指示信号触发中断后，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
可选的，所述根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数包括：
根据相邻两次读取到的所述数据帧受干扰次数以及相邻两次读取所述数据帧受干扰次数的时间间隔，得到所述时间间隔内所述物理层的数据帧受干扰次数。
可选的，所述根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态包括：
根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数与预设状态阈值，确定所述物理层的通信状态。
可选的，还包括：
当接收的所述PHY发送的所述数据错误指示信号触发中断后，向上位机发送通信异常提示。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，包括：
控制器、MAC与PHY；
所述控制器，用于从所述MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据所述PHY发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；以及根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态。
可选的，所述控制器具体用于根据预设周期轮询所述MAC，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
可选的，所述控制器具体用于接收所述PHY发送的所述数据错误指示信号，并当接收的所述数据错误指示信号触发中断后，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
可选的，所述控制器还用于当接收的所述PHY发送的所述数据错误指示信号触发中断后，向上位机发送通信异常提示。
本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断方法，包括：从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据PHY发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态。
可见，本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断方法，借助EtherCAT总线在100Base-TX模式下的专用设备MAC与PHY实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下的物理层诊断，而不需要额外的诊断设备，且能够在不影响EtherCAT总线正常工作的基础上实现对EtherCAT总线的物理层进行实时在线监测，成本低且操作简单可靠。
本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断系统同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种EtherCAT总线的物理层诊断方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种MAC接口的示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种控制器、MAC以及PHY的通信关系的示意图；
图4为本申请实施例所提供的另一种控制器、MAC以及PHY的通信关系的示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种EtherCAT总线的物理层诊断系统的示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种EtherCAT总线的物理层诊断方法，能够简单高效的实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层的诊断，降低成本、简化操作。本申请的另一核心是提供一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，同样具有上述技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种EtherCAT总线的物理层诊断方法的流程示意图，参考图1所示，该方法主要包括：
S101：从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；数据帧受干扰次数为MAC根据PHY发送的数据错误指示信号得到的；
具体的，在100Base-TX模式下，EtherCAT总线通信需要一个专用的MAC与一个百兆以太网PHY。PHY是操作OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联)模型物理层的设备。MAC通过MII接口进行的100Base-TX收发数据。MII接口即媒体独立接口，也称之为介质无关接口，是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。MII接口包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道，每条信道都有自身的数据、时钟和控制信号。数据接口总共需16个信号。管理接口是双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过管理接口，上层可以监视和控制PHY。
参考图2所示，RX_ER(Receive Error)信号是数据出错指示信号，高电平有效。RX_ER功能发生在4B/5B编码器的后级，PHY接到5B的编码后，参照4B/5B码表，转换5B为4B码给MAC。对于PHY来说期望的数据是(0到F)和/T/R/(ESD)符号，其他的编码则视为接收错误。在正常通信时，来自物理层的数据帧应该是0到F。数据帧在受到干扰后，就会变成错误帧或者无效帧。PHY在发现来自物理层的数据帧为错误帧或无效帧后，PHY输出的RX_ER信号为高电平。相反，RX_ER信号为低电平。若在通信期间RX_ER信号持续有高电平发生，则表明EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层通信误码率较高。若在通信期间RX_ER信号一直为低电平，则表明EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层通信良好。
基于此，本申请通过监测RX_ER信号，利用控制器、MAC以及PHY实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下物理层的诊断。具体而言，PHY在发现当前来自物理层的数据帧为错误帧或无效帧后，PHY向MAC发送高电平RX_ER信号即发送高电平的数据错误指示信号，MAC统计数据帧受干扰次数，其每接收到一次为高电平的RX_ER信号就将物理层的数据帧受干扰次数加一，并存入相关的寄存器中。控制器从MAC的相关的寄存器中读取物理层的数据帧受干扰次数，进而后续进一步确定物理层的通信状态。
其中，在一种具体的实施方式中，控制器从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数方式可以为：根据预设周期轮询MAC，从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数。
具体的，参考图3所示，本实施例中，MAC接收PHY输出的RX_ER信号，并根据此RX_ER信号得到数据帧受干扰次数。控制器则根据预设周期轮询MAC，从MAC的相关的寄存器中读取物理层的数据帧受干扰次数。对于上述预设周期的具体数值，本申请不做限定，可以根据实际应用需要进行差异性设置。
此外，在另一种具体的实施方式中，控制器从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数的方式可以为：接收PHY发送的数据错误指示信号，并当接收的数据错误指示信号触发中断后，从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数。
具体的，参考图4所示，本实施例中，将PHY输出的RX_ER信号直接接入控制器的中断引脚，不仅MAC接收PHY输出的RX_ER信号，而且控制器也接收PHY输出的RX_ER信号。MAC根据此RX_ER信号得到数据帧受干扰次数。当RX_ER信号为高电平时，触发控制器中断，进而控制器从MAC中读取数据帧受干扰次数。
S102：根据读取的数据帧受干扰次数得到预设时间内物理层的数据帧受干扰次数；
具体的，控制器在从MAC中读取数据帧受干扰次数的基础上，进一步根据所读取到的数据帧受干扰次数得到预设时间内即一段时间内物理层的数据帧受干扰次数。所谓预设时间内物理层的数据帧受干扰次数即在此预设时间内物理层的数据帧受到干扰的次数。
其中，在一种具体的实施方式中，上述根据读取的数据帧受干扰次数确定预设时间内物理层的数据帧受干扰次数的方式可以为：根据相邻两次读取到的数据帧受干扰次数以及相邻两次读取数据帧受干扰次数的时间间隔，得到时间间隔内物理层的数据帧受干扰次数。
具体的，本实施例以相邻两次读取物理层的数据帧受干扰次数的时间间隔作为预设时间，例如，相邻两次读取物理层的数据帧受干扰次数的时间间隔为10秒，则预设时间为10秒。在此情况下，当控制器采用以预设周期轮询MAC的方式读取数据帧受干扰次数时，预设时间等于预设周期。在相邻两次读取数据帧受干扰次数的基础上，将相邻两次读取到的数据帧受干扰次数做差即可得到在此预设时间内数据帧受到干扰的次数。例如，相邻两次读取到的数据帧受干扰次数分别为5次与15次，则在预设时间内物理层的数据帧受到干扰的次数为10次。
S103：根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数确定物理层的通信状态。
具体的，得到预设时间内物理层的数据帧受干扰次数后，控制器以此预设时间内物理层的数据帧受干扰次数为依据进一步得到物理层的通信状态。
其中，在一种具体的实施方式中，上述根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数确定物理层的通信状态的方式可以为：根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数与预设状态阈值，确定物理层的通信状态。例如，状态阈值设置2个，分别为5与15。若预设时间内数据帧受干扰的次数未达到5次，则认为物理层通信状态良好；若预设时间内数据帧受干扰的次数达到5次而未达到15次，则认为物理层通信状态一般；若预设时间内数据帧受干扰的次数达到15次，则认为物理层通信状态恶劣。
当然，预设状态阈值以及对应的通信状态可以根据实际需要进行差异性设置。
进一步，为更好的适应对通信质量要求比较严苛的使用环境，在一种具体的实施方式中，当控制器接收的PHY发送的数据错误指示信号触发中断后，控制器向上位机发送通信异常提示。由此，上位机在接收到通信异常提示后可及时停止通信。
综上所述，本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断方法，包括：从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据PHY发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态。该方法，借助EtherCAT总线在100Base-TX模式下的专用设备MAC与PHY实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下的物理层诊断，而不需要额外的诊断设备，且能够在不影响EtherCAT总线正常工作的基础上实现对EtherCAT总线的物理层进行实时在线监测，成本低且操作简单可靠，也适用于其他以以太网作为通信基础的工业现场总线的物理层诊断。
本申请还提供了一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，下文描述的该装置可以与上文描述的方法相互对应参照。请参考图5所示，该系统主要包括：
控制器10、MAC20与PHY30；
控制器10，用于从MAC20中读取物理层的数据帧受干扰次数；数据帧受干扰次数为MAC20根据PHY30发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的数据帧受干扰次数得到预设时间内物理层的数据帧受干扰次数；以及根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数确定物理层的通信状态。
具体而言，每当PHY30发现来自物理层的数据帧为错误帧或无效帧后，PHY30向MAC20发送高电平的RX_ER信号，MAC20每接收到一次为高电平的RX_ER信号就将物理层的数据帧受干扰次数加一，并存入相关的寄存器中。控制器10从MAC20的相关的寄存器中读取物理层的数据帧受干扰次数，并进一步根据所读取到的数据帧受干扰次数得到预设时间内物理层的数据帧受干扰次数，以及以此预设时间内物理层的数据帧受干扰次数作为依据，确定物理层的通信状态。
其中，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，控制器10具体用于根据预设周期轮询MAC20，从MAC20中读取物理层的数据帧受干扰次数。在另一种具体的实施方式中，控制器10具体用于接收PHY30发送的数据错误指示信号，并当接收的数据错误指示信号触发中断后，从MAC20中读取物理层的数据帧受干扰次数。
此外，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，控制器10根据读取的数据帧受干扰次数得到预设时间内物理层的数据帧受干扰次数方式为：控制器10根据相邻两次读取到的数据帧受干扰次数以及相邻两次读取数据帧受干扰次数的时间间隔，得到该时间间隔内物理层的数据帧受干扰次数。
在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，控制器10根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数确定物理层的通信状态的方式为：控制器10根据预设时间内物理层的数据帧受干扰次数与预设状态阈值，确定物理层的通信状态。
此外，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，控制器10还用于当接收的PHY30发送的数据错误指示信号触发中断后，向上位机发送通信异常提示。
本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断系统，借助EtherCAT总线在100Base-TX模式下的专用设备MAC与PHY实现对EtherCAT总线在100Base-TX模式下的物理层诊断，而不需要额外的诊断设备，且能够在不影响EtherCAT总线正常工作的基础上实现对EtherCAT总线的物理层进行实时在线监测，成本低且操作简单可靠。
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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，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申请的范围。
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。
以上对本申请所提供的EtherCAT总线的物理层诊断方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请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，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种EtherCAT总线的物理层诊断方法，其特征在于，包括：
从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据PHY通过MII接口发送的数据错误指示信号得到的；
根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；
根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态；
所述从MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数，包括：
根据预设周期轮询所述MAC，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数；
或者，接收所述PHY发送的所述数据错误指示信号，并当接收的所述数据错误指示信号触发中断后，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
2.根据权利要求1所述的物理层诊断方法，其特征在于，所述根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数包括：
根据相邻两次读取到的所述数据帧受干扰次数以及相邻两次读取所述数据帧受干扰次数的时间间隔，得到所述时间间隔内所述物理层的数据帧受干扰次数。
3.根据权利要求1所述的物理层诊断方法，其特征在于，所述根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态包括：
根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数与预设状态阈值，确定所述物理层的通信状态。
4.根据权利要求1所述的物理层诊断方法，其特征在于，还包括：
当接收的所述PHY发送的所述数据错误指示信号触发中断后，向上位机发送通信异常提示。
5.一种EtherCAT总线的物理层诊断系统，其特征在于，包括：
控制器、MAC与PHY；
所述控制器，用于从所述MAC中读取物理层的数据帧受干扰次数；所述数据帧受干扰次数为所述MAC根据所述PHY通过MII接口发送的数据错误指示信号得到的；根据读取的所述数据帧受干扰次数得到预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数；以及根据预设时间内所述物理层的数据帧受干扰次数确定所述物理层的通信状态；
所述控制器具体用于根据预设周期轮询所述MAC，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数；
或者，所述控制器具体用于接收所述PHY发送的所述数据错误指示信号，并当接收的所述数据错误指示信号触发中断后，从所述MAC中读取所述物理层的数据帧受干扰次数。
6.根据权利要求5所述的物理层诊断系统，其特征在于，所述控制器还用于当接收的所述PHY发送的所述数据错误指示信号触发中断后，向上位机发送通信异常提示。
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