基于PCIe總線的EtherCAT從站設(shè)計(jì).pdf

1、在海洋工程模型的研究試驗(yàn)中，測(cè)量系統(tǒng)受自身的封閉性、獨(dú)立性等條件限制，各類測(cè)量?jī)x器單獨(dú)運(yùn)行，獨(dú)立采集、存儲(chǔ)及上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而影響到了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)同步控制、觀測(cè)與處理。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和同步性，將EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)引入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將各個(gè)獨(dú)立的從站統(tǒng)一連接，為高速實(shí)時(shí)的現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了理想平臺(tái)。
　　本文介紹了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，針對(duì)沒(méi)有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從

2、站類型，設(shè)計(jì)了一款基于PCIe總線的從站通信卡。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種新的EtherCAT從站設(shè)計(jì)形式，通過(guò)這款具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)從站功能的PCIe通信卡，將需要計(jì)算機(jī)獨(dú)立管理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站成功接入到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。該方案改變并拓寬了EtherCAT從站實(shí)現(xiàn)形式，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站的整體性能，為研究和應(yīng)用EtherCAT技術(shù)提供了一種新的途徑。該通信卡包括三大核心芯片:FPGA、STM32和ET1100。從站設(shè)備將采集的數(shù)

3、據(jù)通過(guò)PCIe總線傳輸?shù)紽PGA，F(xiàn)PGA將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后通過(guò)SPI總線傳送到STM32單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、映射后借助于從站控制器芯片ET1100將數(shù)據(jù)成功傳輸至EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。
　　本文將從系統(tǒng)從站的整體設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)從站硬件的的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)從站軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面展開(kāi)論述。首先詳細(xì)介紹了系統(tǒng)從站硬件電路的設(shè)計(jì)，包括PCIe接口設(shè)計(jì)、FPGA器件選型及電路設(shè)計(jì)、EtherCAT通信模塊電路設(shè)計(jì)和電源電路設(shè)計(jì)

4、，然后介紹EtherCAT網(wǎng)絡(luò)從站軟件程序設(shè)計(jì)包括STM32程序設(shè)計(jì)、FPGA程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)從站驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，最后對(duì)整個(gè)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站進(jìn)行調(diào)試和性能測(cè)試。首先在QuartusⅡ11.0軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下，利用SignalTapⅡ在線邏輯分析儀測(cè)試了PCIe總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序和FPGA內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序，然后利用倍福公司的TwinCAT軟件進(jìn)行網(wǎng)卡整體傳輸性能測(cè)試，最后利用實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的系統(tǒng)主站軟件進(jìn)行從站網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)