CN207218717U - 一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业自动化控制领域，公开了一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，包括第一核心板、双口RAM芯片、第二核心板、PC机、FPGA板和以太网接口，第一核心板连接双口RAM芯片，双口RAM芯片连接第二核心板，并运行第二核心板上的Powerlink通信服务组件，Powerlink通信服务组件连接PC机，第二核心板连接FPGA板，FPGA板连接以太网接口，以太网接口包括以太网PHY芯片。本实用新型通过通信组件在Powerlink的通信基础上，增加了报文的组包和分片功能，从而使任意类型的从站在单次通信过程中的数据长度是一致的，从而使得同一种配置文件可以支持任何从站通信。使现场的升级改造无需更新主站配置文件，从而实现在线升级。

Description

一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件

技术领域

本实用新型涉及工业自动化控制领域，尤其涉及了一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件。

背景技术

Powerlink是一种开源实时以太网通信技术。它定义了一个精简的、实时性极高的数据链路层协议，同时定义了CANopen为应用层协议。Powrlink具有以下的一些优点：

1、Powerlink基于标准的以太网，无需专用的ASIC芯片，有以太网的地方，就可以实现。

2、Powerlink速度快，支持100M/1000M以太网。

3、Powerlink性能卓越，即使使用价格低廉的FPGA来实现，性能也能达到100～200us的循环周期。

4、Powerlink支持标准的网络设备，并支持以太网的拓扑结构，布线自由，灵活。

5、数据吞吐量大，每个节点每个循环周期支持1500字节输入和1500字节输出。

6、Powerlink支持冗余通信。

Powerlink的这些优点，让它可以很好的提升DCS的现场通信能力，并且具备很高的安全性。Powerlink协议栈由：CANOPEN应用层，POWERLINK传输层，Ethernet驱动器组成。

Powerlink有两种数据类型，同步数据类型和异步数据类型。同步数据在在同步阶段的PReq(下行数据)和Pres(上行数据)。异步数据在异步阶段的AsyncSend中传输，因为异步通信时间是有限的，需要对异步通信数据进行管理，使在一个通信周期内的异步通信数据量不超过1个AsyncSend帧。这里同步数据帧一般用于实时数据传输，异步数据用于配置类、或者状态类的服务型数据传输。

然而现有的Powerlink在应用上还存在着一些问题。

1、Powerlink在通信建立之前，主站要知道从站的实时数据的长度。这是通过向主站下载从站的通信配置文件来实现的。但是实际场景中，不同类型的从站的数据长度是不一样的。不同类型的从站之间又可能存在混合使用的情况。这就导致了一种配置文件是不能满足多变的现场需求的，如果要接入网络从站不在主站的配置文件所支持的范围内，就无法被识别，必须更新主站上的配置文件，并且重启系统才能实现入网。在工业控制现场中，更换从站或者升级系统是非常常见的，就会出现这种情况：要求主站更新配置文件并重启来支持某种从站设备。而在工业控制中，断电重启控制器是非常繁琐的事情，稍有不慎可能会造成停车事故。所以直接使用现有的Powerlink的配置技术，会对工控现场的维护升级带来安全隐患。而通信组件可以解决这个问题。通信组件在Powerlink的通信基础上，增加了报文的组包和分片功能，从而使任意类型的从站在单次通信过程中的数据长度是一致的，从而使得同一种配置文件可以支持任何从站通信。

2、Powerlink的异步传输帧传输过程开销比较大，需要先建立连接然后才能进行数据传输。数据传输完成之后，需要断开连接，释放通信资源。通信组件优化的通信过程，当与某个节点连接之后，完成了一次数据传输之后，并不立即释放资源。在下一次异步通信时，先检查该节点是否有新的异步传输需求，如果有的话，就直接进行数据传输，节省了连接过程，提高了异步通信链路的使用效率。

3、Powerlink的开发是基于CANopen技术，因此如果开发人员需要先去学习CANopen技术才能开发基于Powerlink通信的应用。这增加了开发的学习曲线及开发难度。通信组件通过数据项来创建CANopen的对象字典，使得开发人员不需要直接面对CANopen的对象字典，从而提高了开发效率。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中应用过程中安全性差、运行效率低、应用复杂度高的缺点，提供了一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决。

一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，包括第一核心板、双口RAM芯片、第二核心板、PC机、FPGA板和以太网接口，第一核心板连接双口RAM芯片，双口RAM芯片连接第二核心板，并运行第二核心板上的Powerlink通信服务组件，Powerlink通信服务组件连接PC机，第二核心板连接FPGA板，FPGA板连接以太网接口，以太网接口包括以太网PHY芯片。

作为优选，双口RAM芯片设有双口RAM接口，双口RAM接口用于连接第一核心板与应用程序进行数据交互。

作为优选，FPGA板设有双口RAM接口，双口RAM接口用于与第二核心板通信。

作为优选，第一核心板与双口RAM芯片之间、双口RAM芯片与第二核心板，第二核心板与FPGA板之间均通过16位并行总线连接。

作为优选，第一核心板连接有AM335X单片机，AM335X单片机用于运行嵌入式软件。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本实用新型通过通信组件在Powerlink的通信基础上，增加了报文的组包和分片功能，从而使任意类型的从站在单次通信过程中的数据长度是一致的，从而使得同一种配置文件可以支持任何从站通信。使现场的升级改造无需更新主站配置文件，从而实现在线升级。

通信组件优化的异步通信过程，当与某个节点连接之后，完成了一次数据传输之后，并不立即释放资源。在下一次异步通信时，先检查该节点是否有新的异步传输需求，如果有的话，就直接进行数据传输，节省了连接过程，提高了异步通信链路的使用效率。

通信组件通过数据项来创建CANopen的对象字典，使得开发人员不需要直接面对CANopen的对象字典，从而提高了开发效率。

通信组件运行在专门的MCU上，与具体的应用程序解除了耦合，提高了开发新产品类的速度——只需针对运行应用程序的MCU开发新的程序即可实现新的Powerlink应用。

附图说明

图1是本实用新型一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件结构示意图；

图2是本实用新型一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件中双口RAM内部的数据结构示意图；

图3是本实用新型一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件中数据项的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1至图3所示，一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，包括第一核心板、双口RAM芯片、第二核心板、PC机和FPGA板，第一核心板连接双口RAM芯片，双口RAM芯片连接第二核心板，并运行第二核心板上的Powerlink通信服务组件，Powerlink通信服务组件连接PC机，第二核心板连接FPGA板，FPGA板用于Powerlink协议栈。

双口RAM芯片设有双口RAM接口，双口RAM接口用于连接第一核心板与应用程序进行数据交互。FPGA板设有双口RAM接口，双口RAM接口用于与第二核心板通信。

第一核心板与双口RAM芯片之间、双口RAM芯片与第二核心板，第二核心板与FPGA板之间均通过并行总线连接。

应用程序的AM335X和Powerlink通信服务组件的AM335X通过双口RAM交互。当某一方对双口RAM进行了编辑之后，会控FPAG的irq引脚产生一个上升沿中断。中断接收方去读取FPGA的状态寄存器来确定哪些数据被修改，然后进行对应的处理。

AM335XMCU是在核心板上的一个部件，用于运行嵌入式软件。第一核心板位于最顶层，它运行工业控制的应用程序；第一核心板对下与双口RAM芯片之间通过16位并行总线连接。第二核心板对上与双口RAM芯片之间通过16位并行总线连接，第一核心板和第二核心板通过双口RAM芯片进行通信组件通信；第二核心板对下与FPGA板之间通过16位并行总线连接，进行Powerlink的应用层数据通信。FPGA板通过RGMII接口与以太网芯片PHY连接，进行以太网数据通信。以太网芯片PHY通过网线与Powerlink从站设备连接，实现Powerlink的数据链路层通信。

双口RAM的数据结构如图2所示。数据区是由一个个数据项组成的。状态区表示当前哪个数据项被修改了。

数据描述中的每个成员的说明如下：

dataItem:用于标识某一种类数据项。数据项是一些数据的集合，他们在内存中是连续的。如可以把模块的配置数据作为一个数据项。

dataLen：这是一个数据项的长度。

firstNo，total:某一个数据项可以有重复的多个，这些同类型的数据项组成一个数据组。这个两个成员就是用来说明这一数据租的起始序号及数据组的长度。

当total为1时，说明只有一个数据项；当total>1的时候说明有多个数据项。

应用程序是通信数据的提供方，它要先将需要通过总线通信的数据项目都填写如图2格式所示的数据描述。在初始化的时候它通过“通信组件API”将全部的数据描述提供给“通信服务组件”，后者建立“数据描述——对象字典映射表”。

在服务型数据通信过程中，应用程序对某一数据描述对象的访问通过CCAI_API接口转发给Powerlink通信组件；后者通过“数据描述——对象字典映射表”将数据描述转换成对象字典，然后将这些对象字典通过Powerlink API传递给CANOPEN应用层，CANOPEN应用层就能够根据这些对象字典进行Powerlink通信了。

对实时型数据，Powerlink应用层通过读取PC机上”openConfigure”软件的配置文件信息来实现的。在该软件上进行了配置之后，生成两个文件“xap.xml”和“xxx.cdc”。Powerlink应用层可以直接读取”xxx.cdc”文件来得到需要传输的实时数据。这时Powerlink通信服务组件需要能够将Powerlink传输的实时数据与应用程序中的实时数据对应起来。这是通过分析“xap.xml”后来建立“数据描述—实时数据映射表”来实现的。在同步传输数据完成之后，Powerlink通信组件将传输结果找到对应的“数据描述”项，并告知应用程序。

这样，Powerlink通信组件就实现了为应用程序提供Powerlink的通信功能了。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，其特征在于：包括第一核心板、双口RAM芯片、第二核心板、PC机、FPGA板和以太网接口，第一核心板连接双口RAM芯片，双口RAM芯片连接第二核心板，并运行第二核心板上的Powerlink通信服务组件，Powerlink通信服务组件连接PC机，第二核心板连接FPGA板，FPGA板连接以太网接口，以太网接口包括以太网PHY芯片。

2.根据权利要求1所述的一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，其特征在于：双口RAM芯片设有双口RAM接口，双口RAM接口用于连接第一核心板与应用程序进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，其特征在于：FPGA板设有双口RAM接口，双口RAM接口用于与第二核心板通信。

4.根据权利要求1所述的一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，其特征在于：第一核心板与双口RAM芯片之间、双口RAM芯片与第二核心板，第二核心板与FPGA板之间均通过16位并行总线连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于安全控制器的Powerlink通信服务组件，其特征在于：第一核心板连接有AM335X单片机，AM335X单片机用于运行嵌入式软件。