CN1889567A - 一种中速串行连接总线协议及其总线控制器 - Google Patents
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Abstract
一种中速串行连接总线协议，包括管理报文和过程数据对象报文，其特征在于：过程数据对象报文采用可编程逻辑器件中自定义的寄存器逻辑地址直接描述设备，寄存器的逻辑地址由一帧报文的标示位之后的第一个字节表示。本发明摒弃了CANopen协议中用对象字典的方式来描述设备，采用数据字节直接映射寄存器方式来描述设备，能满足基于光刻机对中速串行总线的需求，使得光刻机的对准分系统中板卡通信变得更加可靠、实时和灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种中速串行连接总线协议及其总线控制器。
背景技术
当前，有很多的控制设备采用CANopen协议作为中等速率数据通讯的高层协议，在CANopen协议中，包含管理报文、服务数据对象SDO、过程数据对象PDO和预定义报文，但一般而言，CANopen协议过于复杂。而在我们的设备中，分系统设备数量有限，对数据通讯的功能需求明确，所以结合光刻机自身的特性，我们摒弃了CANopen协议中用对象字典描述设备的方式，而采用数据字节直接映射寄存器方式来描述设备。
中速串行连接总线控制器，包括两个部分，一是高层协议部分，二是对“CAN通用控制器”芯片的控制部分。其中高层协议部分完成该总线应用层功能，它兼容了CANopen协议的一些基本要求；另一方面，对“CAN通用控制器”芯片控制部分，可以兼容市场上常见的CAN通用控制器芯片，完成对中速串行连接总线物理层的控制。
采用中速串行总线是基于光刻机自身的需求，在对准分系统中，板卡通信需要突出的可靠性、实时性和灵活性，网络上任意一节点在任意时刻可以向其它节点发送信息，通信速率在5kps时通信距离最远可达10km，等等，这样一些优点完全满足光刻机对准分系统板卡间的通信需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中速串行连接总线协议及其总线控制器。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种中速串行连接总线协议，包括管理报文和过程数据对象报文，其中，过程数据对象报文采用可编程逻辑器件中自定义的寄存器逻辑地址直接描述设备，寄存器的逻辑地址由一帧报文的标示位之后的第一个字节表示。
其中，过程数据对象报文包括11位标识位、1个字节寄存器逻辑地址位以及2个字节的数据位。
过程数据对象报文包括“发送过程数据对象报文”和“接收过程数据对象报文”，“发送过程数据对象报文”中的数据位表示设备状态或者对设备的操作，“接收过程数据对象报文”中的数据位表示设备状态。
此外，本发明还公开了另一种技术方案：一种中速串行连接总线控制器，包括：网络管理报文管理模块，当网络管理报文管理模块在主节点时，对从节点进行管理，组织一帧网络管理报文，通过中速串行总线控制模块向从节点发送报文；当网络管理报文管理模块在从节点时，通过中速串行总线控制模块接收从主节点送来的网络管理报文，并根据报文内容实现对本节点的管理功能；
报文发送模块，在需要发送报文时，组织一帧“发送过程数据对象报文”，通过中速串行总线控制模块来控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去；
报文接收模块，当网络中如有“接收过程数据对象报文”进来时，CAN通用控制器产生中断，中速串行总线控制模块响应该中断，接收报文并上传到报文接收模块，在报文接收模块内解析该报文，把数据放到对应寄存器中；
中速串行总线控制模块，当中速串行总线控制模块接收到网络管理报文管理模块往从节点发送的管理报文时，通过控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去；当中速串行总线控制模块接收到报文发送模块传来的报文，则通过控制CAN通用控制器，把本帧报文发送出去；当总线上有报文需要接收时，中速串行总线控制模块会响应CAN通用控制器产生的中断，把报文接收进来后再上传到报文接收模块；
中断模块，中断模块中的中断寄存器写入网络管理报文管理模块发送网络管理报文的成功信息，或者报文发送模块发送过程数据报文的成功信息，或者报文接收模块接收过程数据对象报文成功的信息。
其中，网络管理报文管理模块发送的管理报文包括CANopen协议中的所有管理报文，由主节点发出，从节点接收。
报文发送模块发送报文时，如果发送报文的是主节点，则发送“发送过程数据对象报文”，如发送报文的是从节点，则发送“接收过程数据对象报文”。
报文接收模块接收报文时，如果是主节点则接收“接收过程数据对象报文”，如果是从节点则接收“发送过程数据对象报文”。
CAN通用控制器产生中断后，中速串行总线控制模块会去响应该中断，然后上报该中断到中断模块表明发送成功或者接收数据成功。
本发明摒弃了CANopen协议中用对象字典的方式来描述设备，采用数据字节直接映射寄存器方式来描述设备，能满足基于光刻机对中速串行总线的需求，使得光刻机的对准分系统中板卡通信变得更加可靠、实时和灵活。
附图说明
图1是中速串行连接总线控制器结构示意图。
具体实施方式
本发明的中速串行连接总线协议兼容了CANopen协议的一些基本要求，由两类报文组成：管理报文NMT(Network Management)、过程数据对象PDO(Process Data Object)。在CANopen协议中，包含管理报文、服务数据对象SDO、过程数据对象PDO和预定义报文，而由于光刻机对准分系统自身的原因，无须用到CANopen协议所有的报文，只需用到管理报文NMT和过程数据对象报文PDO(包括发送过程数据对象txPDO和接收过程数据对象rxPDO)，其中NMT报文采用和CANopen协议同样的报文格式，但PDO报文则采用了另外一种消息格式。
PDO报文的消息格式：
在本控制器高层协议里面，PDO报文中11位标识符(COB-ID)和CANopen协议11标识符表达方式相同，但本高层协议与CANopen协议中对象字典描述设备的方式不同之处在于，采用可编程逻辑器件中自定义的寄存器直接描述设备，寄存器的逻辑地址由一帧报文的COB-ID后第一个字节表示，如果是txPDO报文，寄存器逻辑地址后面两字节表示请求某设备状态或者对某设备操作，如是rxPDO报文，寄存器逻辑地址后面两字节表示某设备状态；如此，PDO报文包括3部分，第一部分为11位标识符，第二部分为一个字节(8bit)寄存器逻辑地址，第三部分为两字节(16bit)的数据，举例如下：
txPDO
| 编号 | COB_ID | Byte0 | Byte1 | Byte2 |
| 1 | 0x6843/0x6823 | 0x03 | mm | nn |
其中COB-ID(Communication Object Identifier)含义如下：
| Bits | 15..12 | 11..5 | 4 | 3..0 |
| Content | Function code | Node identifer | RTR | Data size |
Byte0为寄存器的逻辑地址，Byte1和Byte2为数据。
该报文为发送PDO报文，它是由CAN主设备向从设备发出，从设备的节点地址为0x41，要被写入的从设备对应的寄存器逻辑地址为0x03，写入的数据为mm和nn，Byte1(mm)和Byte2(nn)可以表示为请求上传该设备的某个状态，也可以表示为对这个设备进行某项操作。
rxPDO
| 编号 | COB_ID | Byte0 | Byte1 | Byte2 |
| 1 | 0x5843/0x5823 | 0x00 | mm | nn |
COB-ID含义同上，Byte0为从设备对应寄存器逻辑地址，Byte1和Byte2为从设备发出的数据；该报文为接收PDO报文，它是由CAN从设备向主设备发出，从设备的节点地址为0x41，要被写入的主设备对应的寄存器逻辑地址为0x00，写入的数据为mm和nn，mm和nn表示为从设备的某个状态。
本发明为用可编程逻辑器件来实现中速串行连接总线控制器，完成中速串行连接总线高级通讯协议以及对“CAN通用控制器”控制功能，它成为一颗特殊用途的定制芯片，作为基于CAN总线物理层的中速串行连接总线网络中的一个节点实现数据的实时传递。
上面主要介绍了中速串行连接总线控制器的高层协议部分，接下来是CAN通用控制器的控制部分，它和协议一起在可编程逻辑器件内部实现，它包含对CAN控制器的初始化操作，中断相应操作，数据接收操作，数据发送操作，数据释放操作，以及协调这五个操作正常运转的主状态操作；应用层数据通过该控制部分的接口下发，以完成数据从应用层到数据链路层的发送，数据链路层的数据上传也是经该控制部分，以完成数据到应用层的上传。
该控制器的具体实现在中速串行连接总线控制器内部，它是通过5个功能模块来完成的，这5个模块为：网络管理报文管理模块(NMT报文管理模块)、报文发送模块、报文接收模块、中断模块和中速串行总线控制模块。
如图1所示，在中速串行连接总线控制器结构示意图中，其中，当网络管理报文管理模块在主节点时，对从节点进行管理，组织一帧网络管理报文，通过中速串行总线控制模块向从节点发送报文；当网络管理报文管理模块在从节点时，通过中速串行总线控制模块接收从主节点送来的网络管理报文，并根据报文内容实现对本节点的管理功能。
报文发送模块，在需要发送报文时，组织一帧发送过程数据对象报文，通过中速串行总线控制模块来控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去。
报文接收模块，当网络中如有接收过程数据对象报文进来时，CAN通用控制器产生中断，中速串行总线控制模块响应该中断，接收报文并上传到报文接收模块，在报文接收模块内解析该报文，把数据放到对应寄存器中。
中速串行总线控制模块，当中速串行总线控制模块接收到网络管理报文管理模块往从节点发送的管理报文时，通过控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去；当中速串行总线控制模块接收到报文发送模块传来的报文，则通过控制CAN通用控制器，把本帧报文发送出去；当总线上有报文需要接收时，中速串行总线控制模块会响应CAN通用控制器产生的中断，把报文接收进来后再上传到报文接收模块。
中断模块，中断模块中的中断寄存器写入网络管理报文管理模块发送网络管理报文的成功信息，或者报文发送模块发送过程数据报文的成功信息，或者报文接收模块接收过程数据对象报文成功的信息。
中速串行连接总线控制器结构由NMT模块发送管理报文，实现对节点的管理功能，比如复位某节点，禁止某节点收发报文等，它包含CANopen协议NMT报文的所有管理功能，它由主节点发出，从节点接收；报文发送模块发送报文，它由本节点发送报文到其它节点，如果是发送报文的是主节点，则发送txPDO报文，如是从节点发送报文则发送rxPDO报文；报文接收模块为接收报文，如果是主节点则接收rxPDO报文，如果是从节点则接收txPDO报文；中速串行总线控制模块是控制CAN芯片的报文发送模块发送报文或者报文发送模块接收报文，同时可以响应中断，以表明发送成功或者有数据进来需要接收，会上报中断到中断模块。
在光刻机对准系统主控机箱的信号采集与时序控制板、对准光源控制机箱中的激光器控制板组成的中速串行连接总线网络中，本发明的中速串行连接总线控制器可以实现为主节点和从节点，从而完成数据传输及相关控制工作，并均可以由可编程逻辑器件实现。
本发明摒弃了CANopen协议中用对象字典的方式来描述设备，采用数据字节直接映射寄存器方式来描述设备，能满足基于光刻机对中速串行总线的需求，使得光刻机的对准分系统中板卡通信变得更加可靠、实时和灵活。
Claims (10)
1、一种中速串行连接总线协议，包括网络管理报文和过程数据对象报文，其特征在于：过程数据对象报文采用可编程逻辑器件中自定义的寄存器逻辑地址直接描述设备，寄存器的逻辑地址由一帧报文的标示位之后的第一个字节表示。
2、如权利要求1所述的中速串行连接总线协议，其特征在于：过程数据对象报文包括11位标识位、1个字节寄存器逻辑地址位以及2个字节的数据位。
3、如权利要求1或2所述的中速串行连接总线协议，其特征在于：过程数据对象报文包括“发送过程数据对象报文”和“接收过程数据对象报文”。
4、如权利要求3所述的中速串行连接总线协议，其特征在于：“发送过程数据对象报文”中的数据位表示设备状态或者对设备的操作。
5、如权利要求3所述的中速串行连接总线协议，其特征在于：“接收过程数据对象报文”中的数据位表示设备状态。
6、一种中速串行连接总线控制器，其特征在于：包括
网络管理报文管理模块，当网络管理报文管理模块在主节点时，对从节点进行管理，组织一帧网络管理报文，通过中速串行总线控制模块向从节点发送报文；当网络管理报文管理模块在从节点时，通过中速串行总线控制模块接收从主节点送来的网络管理报文，并根据报文内容实现对本节点的管理功能；
报文发送模块，在需要发送报文时，组织一帧“发送过程数据对象报文”，通过中速串行总线控制模块来控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去；
报文接收模块，当网络中如有“接收过程数据对象报文”进来时，CAN通用控制器产生中断，中速串行总线控制模块响应该中断，接收报文并上传到报文接收模块，在报文接收模块内解析该报文，把数据放到对应寄存器中；
中速串行总线控制模块，当中速串行总线控制模块接收到网络管理报文管理模块往从节点发送的管理报文时，通过控制CAN通用控制器，将本帧报文发送出去；当中速串行总线控制模块接收到报文发送模块传来的报文，则通过控制CAN通用控制器，把本帧报文发送出去；当总线上有报文需要接收时，中速串行总线控制模块会响应CAN通用控制器产生的中断，把报文接收进来后再上传到报文接收模块；
中断模块，中断模块中的中断寄存器写入网络管理报文管理模块发送网络管理报文的成功信息，或者报文发送模块发送过程数据报文的成功信息，或者报文接收模块接收过程数据对象报文成功的信息。
7、如权利要求6所述的中速串行连接总线控制器，其特征在于：网络管理报文管理模块发送的管理报文包括CANopen协议中的所有管理报文，由主节点发出，从节点接收。
8、如权利要求6所述的中速串行连接总线控制器，其特征在于：报文发送模块发送报文时，如果发送报文的是主节点，则发送“发送过程数据对象报文”，如发送报文的是从节点，则发送“接收过程数据对象报文”。
9、如权利要求6所述的中速串行连接总线控制器，其特征在于：报文接收模块接收报文时，如果是主节点则接收“接收过程数据对象报文”，如果是从节点则接收“发送过程数据对象报文”。
10、如权利要求6所述的中速串行连接总线控制器，其特征在于：CAN通用控制器产生中断后，中速串行总线控制模块会去响应该中断，然后上报该中断到中断模块表明发送成功或者接收数据成功。
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| CN101308484B (zh) * | 2007-05-14 | 2010-10-13 | 宏正自动科技股份有限公司 | 串行总线装置、传输方法以及通用串行总线(usb)装置 |
| CN101222510B (zh) * | 2008-01-25 | 2010-11-03 | 北京工业大学 | 一种实现CANopen主站的方法 |
| CN109495462B (zh) * | 2018-11-02 | 2021-10-08 | 合肥保得工业自动化有限公司 | 一种动态连接数据分布式系统及其数据交互方法 |
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| CN100337447C (zh) * | 2005-07-28 | 2007-09-12 | 中国人民解放军95107部队 | 一种基于can总线的用于控制和监视目视着陆灯光系统 |
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