CN219611809U - 基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统，所述主站控制器包括：主处理器芯片，其具有第一总线接口和第一RMII接口；从处理器芯片，其具有第二总线接口和第二RMII接口；PHY芯片，其与所述第二RMII接口连接；切换芯片，其具有与所述第一RMII接口连接的第一切换接口和与所述PHY芯片通过以太网连接的第二切换接口；以及系统总线，其连接所述第一总线接口和所述第二总线接口。由此，通过主从处理器架构实现总线和以太网的双通信通道，能够实现高速大数据量通信；主从处理器芯片之间通过切换芯片连接，通过切换芯片提供人机交互接口，不用为主站专门配置人机交互接口，节省了成本。

Description

基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统

技术领域

本实用新型涉及自动化技术领域，尤其涉及一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统装置。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controllers，简称“PLC”)是工业控制系统的核心，通过PLC配置主站，对从站进行控制，是比较常用的工业控制系统。通常，主站与从站之间基于以太网控制自动化技术(Ethernet for Control AutomationTechnology，简称“EtherCAT”)协议进行通信交互。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

发明人发现，EtherCAT主站控制器通常需要专用的配置接口与上位机通信以实现人机交互，成本较高；另外，在通过双处理器架构实现EtherCAT主站时，处理器之间的通信通道单一化，高速大数据量通信受到限制，影响了生产现场的生产效率。

为了解决上述问题中的至少一个或其他类似的问题，本实用新型实施例提供一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统。

根据本实用新型实施例的第一方面的实施例，提供一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器，所述主站控制器包括：主处理器芯片，其具有第一总线接口和第一简化媒体独立接口；从处理器芯片，其具有第二总线接口和第二简化媒体独立接口；端口物理层芯片，其与所述第二简化媒体独立接口连接；切换芯片，其具有与所述第一简化媒体独立接口连接的第一切换接口和与所述端口物理层芯片通过以太网连接的第二切换接口；以及系统总线，其连接所述第一总线接口和所述第二总线接口。

另外，可选的，所述切换芯片还具有与上位机通过以太网连接的以太网接口。

另外，可选的，所述从处理器芯片还具有与外部从站通过基于以太网控制自动化技术的工业以太网连接的主站接口。

另外，可选的，所述系统总线上传输所述主处理器芯片发送给所述外部从站的数据。

另外，可选的，所述主处理器芯片通过所述切换芯片、所述端口物理层芯片以及以太网向所述从处理器芯片发送控制数据。

另外，可选的，所述主处理器芯片还具有第一IO接口，所述从处理器还具有第二IO接口，所述第一IO接口与所述第二IO接口连接。

另外，可选的，所述主处理器芯片是微控制单元芯片，所述从处理器芯片是微处理器芯片。

另外，可选的，所述主处理器芯片搭载实时操作系统，所述从处理器芯片搭载Linux操作系统。

根据本实用新型实施例的第二方面的实施例，提供一种基于以太网控制自动化技术的主站，所述主站包括第一方面的任意一个实施例所述的主站控制器。

根据本实用新型实施例的第三方面的实施例，提供一种基于以太网控制自动化技术的系统，所述系统包括第二方面的实施例所述的主站、至少一个基于以太网控制自动化技术的从站；以及连接所述主站与所述至少一个基于以太网控制自动化技术的从站的基于以太网控制自动化技术的工业以太网。

本实用新型实施例的有益效果之一在于：通过主从处理器架构实现总线和以太网的双通信通道，能够实现高速大数据量通信；主从处理器芯片之间通过切换芯片连接，通过切换芯片提供人机交互接口，不用为主站专门配置人机交互接口，节省了成本。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在本实用新型实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施方式，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站控制器的一个示意图。

图2是本实用新型实施例的切换芯片和PHY芯片的连接的一个示意图。

图3是本实用新型实施例的RMII接口与PHY接口连接的一个示意图。

图4是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站的一个示意图。

图5是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的系统的一个示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明，本实用新型的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本实用新型的特定实施方式，其表明了其中可以采用本实用新型的原理的部分实施方式，应了解的是，本实用新型不限于所描述的实施方式，相反，本实用新型包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本实用新型实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本实用新型实施例中，单数形式“一”、“该”等可以包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

下面参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。

本实用新型实施例提供一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器，本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站控制器可以应用于工业控制系统，但本实用新型实施例对此不作限制。

图1是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站控制器的一个示意图。

如图1所示，主站控制器1包括主处理器芯片10、从处理器芯片20、端口物理层芯片30、切换芯片40和系统总线50。主处理器芯片10具有第一总线接口101和第一简化媒体独立接口102，从处理器芯片20具有第二总线接口201和第二简化媒体独立接口202，第一总线接口101和第二总线接口201通过系统总线50连接。下面为了描述的方便，将“端口物理层(Port Physical Layer，简称‘PHY’)”简称为“PHY”，将简化媒体独立接口(Reduced MediaIndependent Interface)简称为“RMII接口”。

图2是本实用新型实施例的切换芯片和PHY芯片的连接的一个示意图。

如图2所示，PHY芯片30具有第一PHY接口301和第二PHY接口302，第一PHY接口301与第二RMII接口202连接，第二PHY接口302与从处理器芯片20的第二RMII接口202连接；切换芯片40具有第一切换接口401和第二切换接口402，第一切换接口401与主处理器芯片10的第一RMII接口102，第二切换接口402与PHY芯片30的第一PHY接口302通过以太网(Ethernet)连接。

在至少一个实施例中，PHY芯片30例如为以太网PHY芯片，可以发送和接收以太网的数据帧，切换芯片40例如为以太网交换芯片，切换芯片40例如集成有以太网PHY芯片，例如，第一切换接口401可以实现以太网PHY芯片的功能，切换芯片40例如还可以集成RMII接口，RMII接口用于传输以太网包，例如，第二切换接口402为RMII接口，或者，切换芯片40例如可以集成以太网接口，例如，第二切换接口402为以太网接口，PHY芯片30例如也可以集成以太网接口，例如，第二PHY接口302为以太网接口，第二切换接口402与第二PHY接口302通过以太网连接。

另外，RMII接口可以支持10兆和100兆的总线接口速度，例如，第一RMII接口102和/或第二RMII接口202支持10兆和100兆的总线接口速度。

图3是本实用新型实施例的RMII接口与PHY接口连接的一个示意图。

如图3所示，RMII接口与PHY芯片之间连接的信号线包括TX_EN、TXD[1:0]、CRS_DV、RXD[1:0]、MDC、MDIO和REF_CLK，各信号线的定义例如如下：

TX_EN：传输使能信号，此信号必需与数据前导符的起始位同步出现，并在传输完毕前一直保持。

TXD[1:0]：发送数据线，每次传输2位数据，数据在TX_EN信号有效时有效。

CRS_DV：载波侦听和接收数据使能信号，仅工作在半双工模式下，由PHY芯片控制，当发送或接收的介质非空闲时，使能此信号，或者，当PHY准备好数据供MAC接收时，使能该信号。

RXD[1:0]：接收数据线，每次接收2位数据，数据在CRS_DV信号有效时有效。

MDC：管理数据时钟；MDIO：管理数据，RMII通过MDC和MDIO读取PHY状态寄存器以得知目前PHY的状态，例如连接速度、双工的能力等，也可以通过MDC和MDIO设置PHY的寄存器达到控制的目的，例如流控的打开关闭、自协商模式还是强制模式等。

REF_CLK：参考时钟，由PHY向RMII提供或者由外部时钟源提供。

上面以RMII接口为例进行了说明，但本实用新型实施例不限于此，也可以采用媒体独立接口(Media Independent Interface，简称“MII”)或串行媒体独立接口(SerialMII)替代RMII接口，具体的接线可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。

在一些实施例中，如图2所示，切换芯片40例如还具有以太网接口403，切换芯片40可以通过以太网接口403与上位机2通过以太网60连接。由此，用户可以通过上位机2控制切换芯片40，以对主处理器芯片10进行控制，或者对从处理器芯片20进行控制。例如，用户通过以太网接口403对主处理器芯片10进行编程配置、状态监视等，用户通过以太网接口403对从处理器芯片20进行配置，例如，输入控制参数、选择选项等。另外，可选的，以太网接口403例如可以集成在切换芯片40中，也可以通过专用的接口芯片与切换芯片40连接而实现，本实用新型实施例对此不作限制。

在一些实施例中，如图2所示，从处理器芯片20还可以具有主站接口203，主站接口203是遵循EtherCAT协议的接口，主站控制器1例如通过主站接口203与外部从站3通过工业以太网连接。EtherCAT协议以及工业以太网技术可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。另外，可选的，主站接口203例如可以集成在从处理器芯片20中，也可以通过专用的接口芯片与从处理器芯片20连接而实现，本实用新型实施例对此不作限制。

在一些实施例中，系统总线50上传输主处理器芯片10发送给外部从站3的数据，由此，用户可以通过上位机2控制主处理器芯片10向外部从站3发送交互命令。另外，外部从站3的个数可以是1个或多个，例如，从处理器芯片20可以具有1个或多个主站接口203，从处理器芯片20通过1个或多个EtherCAT主站接口203与1个或多个外部从站3通信连接。本实用新型实施例对此不作限制。

在一些实施例中，主处理器芯片10还可以通过切换芯片40、PHY芯片30以及以太网60向从处理器芯片20发送控制数据，例如，主处理器芯片10通过以太网60向从处理器芯片20发送内部处理数据等，本实用新型实施例对此不作限制。

在一些实施例中，如图2所示，主处理器芯片10还可以具有第一IO接口103，从处理器芯片20还可以具有第二IO接口204，第一IO接口103与第二IO接口204连接，例如，主处理器芯片10可以通过IO接口实现对外部从站3的IO刷新。

在一些实施例中，主处理器芯片10可以是微控制单元(Microcontroller Unit，简称“MCU”)芯片，从处理器芯片20可以是微处理器(Microprocessor Unit，简称“MPU”)芯片。由此，通过双核异构架构能够使主站控制器具有高性能、低功耗的优点。但本实用新型实施例不限于此，主处理器芯片10和从处理器芯片20可以都是MCU芯片，也可以都是MPU芯片，本实用新型实施例对此不作限制。

另外，可选的，主处理器芯片10和/或从处理器芯片20例如可以搭载操作系统。例如，主处理器芯片10可以搭载实时操作系统(Real Time Operating System，简称“RTOS”)，由此，主处理器芯片10的实时性高，例如可以用于PLC梯形图执行、串口通信、扩展通信、高速计数、脉冲输出、IO刷新等应用场景。例如，从处理器芯片20可以搭载Linux操作系统，由此，从处理器芯片20具有良好的高主频和多任务调度处理性能，例如可以用于EtherCAT主站和运动控制等应用场景。另外，可选的，主处理器芯片10和从处理器芯片20例如也可以不搭载操作系统，由自身完成任务调度，由此，能够节约内存空间，降低成本。

由上述实用新型实施例所述的主站控制器1可知，通过主从处理器架构实现总线和以太网的双通信通道，能够实现高速大数据量通信；主从处理器芯片之间通过切换芯片连接，通过切换芯片提供人机交互接口，不用为主站专门配置人机交互接口，节省了成本。

本实用新型实施例还提供一种基于以太网控制自动化技术的主站，图4是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站的一个示意图。

如图4所示，主站4包括前述任一实施例所述的主站控制器1。由于在上述实施例中，已经对主站控制器1的结构和原理进行了详细说明，其内容被合并于此，此处省略说明。另外，主站例如还可以包括与主站控制器1连接的其他模块，例如，数据读取模块410、数据存储模块420等，具体可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。

本实用新型实施例还提供一种基于以太网控制自动化技术的系统，图5是本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的系统的一个示意图。

如图5所示，系统5包括前述实施例所述的主站4，还包括至少一个从站3以及基于以太网控制自动化技术的工业以太网503。主站4的结构和原理可以参考上述实施例，其内容被合并于此，此处省略说明。

另外，可选的，主站4例如包括遵循Ethernet协议的以太网501，以太网501连接主处理器芯片10和从处理器芯片20，以太网501例如可以包括前述实施例中的以太网60，还可以包括以太网接口等，具体可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。

另外，可选的，至少一个从站3例如是基于以太网控制自动化技术的实现的，例如，至少一个从站是遵循EtherCAT协议的EtherCAT从站。

另外，可选的，主站4与至少一个从站3通过工业以太网503连接，例如，工业以太网例如遵循EtherCAT协议，主站4例如是EtherCAT主站，至少一个从站3例如是EtherCAT从站，工业以太网503的连接可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。

另外，可选的，如图5所示，系统5例如还可以包括上位机2，上位机2例如与主站4通过以太网502连接，以太网502例如遵循Ethernet协议。以太网502的连接可以参考相关技术，本实用新型实施例对此不作限制。

值得注意的是，以上仅对与本实用新型相关的各部件或模块进行了说明，但本实用新型不限于此。本实用新型实施例的基于以太网控制自动化技术的主站控制器、主站和系统还可以包括其它部件或者模块，关于这些部件或者模块的具体内容，可以参考相关技术。

Claims (10)

1.一种基于以太网控制自动化技术的主站控制器，其特征在于，所述主站控制器包括：

主处理器芯片，其具有第一总线接口和第一简化媒体独立接口；

从处理器芯片，其具有第二总线接口和第二简化媒体独立接口；

端口物理层芯片，其与所述第二简化媒体独立接口连接；

切换芯片，其具有与所述第一简化媒体独立接口连接的第一切换接口和与所述端口物理层芯片通过以太网连接的第二切换接口；以及

系统总线，其连接所述第一总线接口和所述第二总线接口。

2.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述切换芯片还具有与上位机通过以太网连接的以太网接口。

3.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述从处理器芯片还具有与外部从站通过基于以太网控制自动化技术的工业以太网连接的主站接口。

4.根据权利要求3所述的主站控制器，其特征在于，

所述系统总线上传输所述主处理器芯片发送给所述外部从站的数据。

5.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述主处理器芯片通过所述切换芯片、所述端口物理层芯片以及以太网向所述从处理器芯片发送控制数据。

6.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述主处理器芯片还具有第一IO接口，所述从处理器还具有第二IO接口，所述第一IO接口与所述第二IO接口连接。

7.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述主处理器芯片是微控制单元芯片，所述从处理器芯片是微处理器芯片。

8.根据权利要求1所述的主站控制器，其特征在于，

所述主处理器芯片搭载实时操作系统，所述从处理器芯片搭载Linux操作系统。

9.一种基于以太网控制自动化技术的主站，其特征在于，所述主站包括权利要求1至8中任意一项所述的主站控制器。

10.一种基于以太网控制自动化技术的系统，其特征在于，所述系统包括：

权利要求9所述的主站；

至少一个基于以太网控制自动化技术的从站；以及

连接所述主站与所述至少一个基于以太网控制自动化技术的从站的基于以太网控制自动化技术的工业以太网。