一種基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、以太網(wǎng)已在互聯(lián)網(wǎng)、辦公網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，其技術(shù)日臻成熟。以太網(wǎng)被廣泛接受的事實(shí)，使其具有了在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的趨勢和可能。工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)，并對其進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)于工業(yè)控制系統(tǒng)需求而產(chǎn)生的一種控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。和現(xiàn)場總線相比具有安裝成本低、傳輸速率快、支持服務(wù)類型多、用戶基礎(chǔ)廣泛等突出的優(yōu)點(diǎn)。但是目前工業(yè)以太網(wǎng)處于發(fā)展階段依然存在許多不適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用的缺陷，例如網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議缺乏實(shí)時性和確定性

2、、缺乏通用的應(yīng)用層協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間難以實(shí)現(xiàn)同步性等問題。 以高性能的運(yùn)動控制模型分析得出網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動控制系統(tǒng)需要通信數(shù)據(jù)的高性能實(shí)時傳輸、以及快速的同步運(yùn)動等要求。本文綜述了以太網(wǎng)的實(shí)時性和同步性研究現(xiàn)狀，分析目前幾種常用的用于運(yùn)動控制的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，參考IEEE802.3協(xié)議以及國家標(biāo)準(zhǔn)《控制與驅(qū)動裝置間實(shí)時串行通信數(shù)據(jù)鏈路》，提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)，給出了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作方法。根據(jù)ISO/OSI七層模型，建

3、立了實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)的互連參考模型：制定了實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)的報文結(jié)構(gòu)及內(nèi)容；給出了實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)的通信時序、同步機(jī)制等。 分析了MAC_IP的工作原理，并劃分各功能模塊，選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發(fā)工具Quartus Ⅱ設(shè)計了符合IEEE802.3協(xié)議的MAC_IP核，為以后符合實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)的MAC_IP核的開發(fā)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。并對頂層模塊、發(fā)送模塊，接收模塊、MAC控制模塊以及物理層和主機(jī)(MCU)的接口以及CRC、C

4、SMA/CD、Hash表等算法進(jìn)行了詳細(xì)說明。 具有以太網(wǎng)通訊能力的控制模塊是開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本文以基于實(shí)時同步網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)控制模塊為例，詳細(xì)地介紹了電源電路設(shè)計、以太網(wǎng)PHY接口設(shè)計、spi總線擴(kuò)展接口設(shè)計、控制單元(MCU)、FPGA開發(fā)以及電機(jī)控制接口等，并給出了FPGA中QEP電路設(shè)計，說明了具有網(wǎng)絡(luò)功能的控制模塊的開發(fā)方法。并將開發(fā)的MAC IP核經(jīng)編譯綜合后，下載到該電機(jī)控制模塊中，經(jīng)測試無錯包、丟包現(xiàn)象