一種高速可配置串行現(xiàn)場總線的設計及應用.pdf

1、隨著控制、通信技術的發(fā)展,以信息交換為核心的現(xiàn)場總線得到迅猛的發(fā)展,迅速覆蓋了現(xiàn)場級設備到控制、管理的各個層次,成為自動化領域研究的熱點之一。為了實現(xiàn)實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherMAC(Ethemet for Manufacture AutomationControl)的低成本邏輯控制功能擴展,本文提出一種基于FPGA的高速可配置串行現(xiàn)場總線(HRSFB,High-speed Reconfigurable Serial Field Bus)

2、,用于擴展數(shù)字量、模擬量等功能。為EtherMAC在I/O數(shù)量較多的場合的應用提供實時理論和關鍵技術支撐。
　　本文在對HRSFB總線的應用場合進行需求分析后,給出了總線的設計要求:盡可能低的成本實現(xiàn)10Mbps的通信速率,同時實現(xiàn)數(shù)字量、模擬量等擴展功能。然后提出了HRSFB總線的實現(xiàn)方案:基于FPGA的整體方案,并分析了該方案的優(yōu)勢。介紹了EtherMAC總線,根據(jù)EtherMAC總線和HRSFB總線的數(shù)據(jù)交互要求,給出了HR

3、SFB總線的拓撲結構、參考模型和通信協(xié)議,其中通信協(xié)議包括物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和應用層協(xié)議。在鏈路層協(xié)議中給出了總線的報文結構和錯誤處理方法。在應用層協(xié)議中設計了總線的應用層接口以及API函數(shù)。詳細給出了總線的主從節(jié)點的通信過程,包括配置過程、輪詢工作過程和廣播工作過程。重點對主從節(jié)點的邏輯設計實施方法和關鍵技術進行了研究,主要包括主從節(jié)點的整體架構、各個邏輯模塊的功能、頂層狀態(tài)機設計、配置過程狀態(tài)機設計、工作過程狀態(tài)機設計方法等

4、。
　　為驗證本文的方法和技術的有效性,給出了基于HRSFB總線的賈卡經(jīng)編機控制系統(tǒng)應用實例。首先通過對經(jīng)編機和賈卡梳控制要求的功能分析,對控制系統(tǒng)的整體方案進行了設計。然后對EtherMAC節(jié)點、HRSFB節(jié)點的各個模塊的硬件應用本文的方法進行了設計。并設計了EtherMAC總線在Windows CE下的控制程序和HRSFB總線在Nios Ⅱ下的控制程序。
　　通過本課題的設計驗證了HRSFB現(xiàn)場總線工作穩(wěn)定、通信可靠,滿