一種驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)控制技術(shù)，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]控制領(lǐng)域中有眾多的數(shù)據(jù)處理需要進(jìn)行同步，例如，機(jī)械臂機(jī)器人的多軸同步等。此時(shí)，實(shí)時(shí)性便是控制系統(tǒng)的重要指標(biāo)。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用較多的現(xiàn)場(chǎng)通信總線(xiàn)CAN、ISA等總線(xiàn)，速率低、延時(shí)大，難以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。而且，基于以太網(wǎng)的很多協(xié)議，例如，Modbus/TCP、Ethernet/IP、Powerlink、EPA、PROF I NET RT 等，協(xié)議桟都是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，一般都無(wú)法達(dá)到小于1ms的實(shí)時(shí)同步要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置，從而可以硬件的方式實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文的通信，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性同步要求。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置，該裝置包括:主控制板、EtherCAT通信模塊、功率驅(qū)動(dòng)板和存儲(chǔ)器；
[0006]所述主控制板與所述EtherCAT通信模塊使用并行總線(xiàn)或串行外設(shè)接口連接；
[0007]所述EtherCAT通信模塊，用于基于EtherCAT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將所接收的數(shù)據(jù)和/或提取得到的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲(chǔ)器，以完成數(shù)據(jù)通信功能；
[0008]所述主控制板中設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器和狀態(tài)機(jī)，所述數(shù)字信號(hào)處理器用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，按照預(yù)設(shè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)策略，通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)板對(duì)外接電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)預(yù)設(shè)在所述主控制板中的狀態(tài)機(jī)按照“初始化-預(yù)運(yùn)行-安全運(yùn)行-運(yùn)行”的順序逐級(jí)進(jìn)行切換操作，完成主站在所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中所指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)；
[0009]所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取指令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給EtherCAT通信模塊，并通過(guò)所述EtherCAT通信模塊完成與主站之間的數(shù)據(jù)交換。
[0010]較佳的，所述EtherCAT通信模塊包括:EtherCAT通信控制器和兩個(gè)物理層芯片；[0011 ] 所述EtherCAT通信控制器，使用EtherCAT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，從所接收到的EtherCAT幀中提取EtherCAT數(shù)據(jù)，并將所提取的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲(chǔ)器，或者將要發(fā)送的數(shù)據(jù)插入EtherCAT幀中，并完成EtherCAT幀的發(fā)送；
[0012]所述物理層芯片與所述EtherCAT通信控制器之間采用媒體獨(dú)立接口 MII進(jìn)行連接，所述物理層芯片用于數(shù)據(jù)編碼和電平轉(zhuǎn)換。
[0013]較佳的，EtherCAT通信控制器中設(shè)置有EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層、物理層協(xié)議和應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器。
[0014]較佳的，所述主控制板中的狀態(tài)機(jī)有五種狀態(tài):
[0015]初始化狀態(tài)、預(yù)運(yùn)行狀態(tài)、安全運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和弓I導(dǎo)狀態(tài)。
[0016]較佳的，所述主控制板，還用于初始化數(shù)字信號(hào)處理器與EtherCAT通信控制器，選擇過(guò)程數(shù)據(jù)接口類(lèi)型，使能EtherCAT通信控制器的中斷服務(wù)，初始化CoE對(duì)象字典，設(shè)置郵箱與過(guò)程數(shù)據(jù)的緩存通道初始參數(shù)，設(shè)置EtherCAT協(xié)議相關(guān)變量；
[0017]較佳的，所述主控制板完成主站在所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中所指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)包括:
[0018]主站通過(guò)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，改變所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值；
[0019]所述主控制板，還用于讀取所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值，并將主控制板中的狀態(tài)機(jī)切換到與所讀取的值相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)；如果切換成功，則將結(jié)果寫(xiě)入所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第二指定區(qū)域；根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)設(shè)置同步存儲(chǔ)或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)存儲(chǔ)管理單元通道參數(shù)，啟動(dòng)或停止所處理的數(shù)據(jù)服務(wù)類(lèi)型；如果切換失敗，則維持原狀態(tài)不變，并給出錯(cuò)誤標(biāo)志指示，將錯(cuò)誤碼寫(xiě)入到所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器的第三指定區(qū)域。
[0020]較佳的，所述第一指定區(qū)域?yàn)閼?yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x120?0x121);
[0021]所述第二指定區(qū)域?yàn)樗鰬?yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x130?0x131);
[0022]所述第三指定區(qū)域?yàn)樗鰬?yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x134?0x135)。
[0023]較佳的，所述主控制板，還用于完成非周期性數(shù)據(jù)與過(guò)程數(shù)據(jù)通信的通道參數(shù)設(shè)置以及通信數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)郵箱數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的通信服務(wù)；當(dāng)啟動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)通信服務(wù)后，以查詢(xún)或中斷模式處理周期性過(guò)程數(shù)據(jù)。
[0024]較佳的，所述EtherCAT通信控制器對(duì)外的與所述數(shù)字信號(hào)處理器之間的接口為串行外設(shè)接口或者微控制器接口。
[0025]較佳的，所述EtherCAT通信控制器與所述物理層芯片之間的接口為EBUS接口或者媒體獨(dú)立接口接口；
[0026]所述EtherCAT通信控制器與所述存儲(chǔ)器之間的接口為IIC接口。
[0027]較佳的，所述功率驅(qū)動(dòng)板為絕緣柵雙極型晶體管功率驅(qū)動(dòng)板。
[0028]較佳的，所述外接電機(jī)為永磁同步電機(jī)。
[0029]較佳的，所述EtherCAT通信控制器中采用IEEE1588分布時(shí)鐘。
[0030]如上可見(jiàn)，在本發(fā)明所提供的驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置中，由于使用了主控制板和基于EtherCAT協(xié)議的EtherCAT通信模塊，因此通過(guò)硬件的方式實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文的通信，所有設(shè)備串行連接，構(gòu)成環(huán)路后原路返回，充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性同步要求。另外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，主控制板中采用DSP方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，可滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)量處理的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的EtherCAT通信協(xié)議的報(bào)文結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的主從站通信示意圖。
[0034]圖4是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)同步通信裝置的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]目前，以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用十分廣泛，而且具有高可靠性、低成本、高帶寬等特點(diǎn)，因此，工控領(lǐng)域也開(kāi)始利用以太網(wǎng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。其中，EtherCAT (Ethernet ControlAutomat1n Technology)就是一種利用以太網(wǎng)報(bào)文進(jìn)行工業(yè)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信協(xié)議。
[0037]在常見(jiàn)的以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)中的所有連接點(diǎn)都可能收發(fā)數(shù)據(jù)包，報(bào)文的順序和解包延時(shí)不穩(wěn)定，且重復(fù)性的收包、解包過(guò)程浪費(fèi)大量的時(shí)間，是影響網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的根本原因。
[0038]EtherCAT通信協(xié)議基于以太網(wǎng)幀，規(guī)范了報(bào)文的發(fā)送次序，采用主從通信。一個(gè)主站連接多個(gè)從站設(shè)備，所有從站設(shè)備信息整合在一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中，當(dāng)主站發(fā)起的報(bào)文經(jīng)過(guò)每個(gè)從站設(shè)備時(shí)，每個(gè)從站控制芯片會(huì)檢查是否有自已的過(guò)程數(shù)據(jù)，如果有自已的過(guò)程數(shù)據(jù)，則將自已的過(guò)程數(shù)據(jù)讀取到本地內(nèi)存，或?qū)?shù)據(jù)插入到報(bào)文相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)中，完成過(guò)程數(shù)據(jù)的交換，該過(guò)程只有幾納秒的時(shí)間延遲。不僅降低了數(shù)據(jù)包傳送的時(shí)延，且延時(shí)可控，充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性。
[0039]在上述通信過(guò)程中，報(bào)文經(jīng)過(guò)最后一個(gè)從站處理后，再依次返回到第一個(gè)從站，最終由第一個(gè)從站將響應(yīng)報(bào)文直接發(fā)給主站。因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了加快協(xié)議解析報(bào)文的速度，EtherCAT協(xié)議可以采用硬件完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的解析，從而不僅可以大大減少網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的處理延時(shí)，而且具有近百兆帶寬。
[0040]因此，本