基于优化EtherCAT协议的多设备数据采集系统的FPGA设计与实现

发布时间：2022-01-21 07:33

　　测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中被广泛应用,是衡量一个国家科学、工业和国防现代化的重要指标。数据采集作为测控技术中的首要和重要环节,对于国家科技和工业的发展起着至关重要的作用。传统的数据采集系统通讯速率低,难以与其它网络兼容,已经不能适应现代工业发展的要求,将工业以太网应用在数据采集系统中,是数据采集系统的最佳解决方案。近年来,EtherCAT协议由于其高实时性和高数据传输速率,在工业以太网领域中得到了广泛的应用。本文对现有的EtherCAT协议进行优化,设计出一种简化的实时工业以太网协议,并基于此协议完成了多设备的数据采集系统的FPGA设计与实现。系统采用主从的工作方式,可以实现一主九从的EtherCAT通讯,主站和从站的功能完全在FPGA上实现,突破了现有的EtherCAT主站需要使用标准的以太网控制器,从站要使用专用的ESC从站通讯控制芯片的限制。其次,实现了EtherCAT的主从站协议切换,将主站和从站的功能统一集中在一台设备上,可以根据使用需要灵活设置设备地址,从而选择设备执行主站或从站功能,突破现有的EtherCAT设备主站和从站在硬件上单一功能的局限... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

五种典型以太网协议数据传输速率对比

物理连接介质有标准以太网电缆或光纤，使用１００Ｂａｓｅ－ＴＸ电缆进行各设备间的??通信时站间距离可以达到１００ｍ，整个网络最多可连接６５５３３个设备。ＥｔｈｅｒＣＡＴ??的运行原理如图２＿１所示。??以太网帧头?从站１?从站１?从站１?从站１?从站１?从站１??＾?／?＾?７?｜、７??ｔ＝ｆｉｘ?＝＝＾ｗｉ＝＝ｒ５ＥＳｉ＝＝ｒＴｘ?：：?处理?ｔ＝ｒ？ｊｒ、报??＝巧上行电报二￣?￣?＿?一〕返??备的主站?〇?七二〒Ｔ）：?■：?Ｔｘｒｉ：?￣＾＝｜ｒｘＣ．?：?：?ＴＸ｜?ｔ?ｚｚｑＲｘ?Ｙ?回??Ｉ从站１?从站２?从站ｎ??１司月＇８驱?｜伺“驱?［ＷＷ??动设备?｜动设备?｜动设备??图２－１?ＥｔｈｅｒＣＡＴ运行原理??２．１．ｍｈｅｒＣＡＴ协议概述??ＥｔｈｅｒＣＡＴ是一种在以太网基础上开发的开放式现场总线技术。在某些方面??ＥｔｈｅｒＣＡＴ对传统以太网进行了一定程度的保留，如在报文格式方面，ＥｔｈｅｒＣＡＴ??在进行数据交换的同时，为了可以传输标准格式的以太网数据，对以太网报文格??式进行了完全的保留。在硬件方面，为了节省用户成本，ＥｔｈｅｒＣＡＴ无需使用特??殊的物理层硬件，完全兼容ＩＥＥＥ８０２．３协议实现方法的物理层。一般而言，工业??自动化领域对于设备通信的特殊要求（如响应时间的硬实时性

?天津工业大学硕士学位论文???帧的特定区域中，并把主站传给自己的数据从帧中特定区域提取出来。在这个过??程中数据帧经过各个从站时传输不会停止，一直向下传输到最后一个从站节点，??信息的处理在硬件中完成，数据帧的延迟时间很短，仅取决于物理层器件。最后??一个从站通过尾部回路将完全处理过的数据帧传回主站，且在数据回传给主站??时，从站不对回传的数据做任何处理，这运用了以太网的“飞速传输”机制。从??站的协议原理如图２－９所示。??


本文编号：3599840