本實用新型涉及工業(yè)自動化技術領域，尤其涉及一種EtherCAT主站控制器。

背景技術：

眾所周知的，EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，開放的實時工業(yè)以太網通信協(xié)議)總線已于2014成為中國推薦性國家標準，經過多年的發(fā)展，EtherCAT總線的相關產品已觸及工業(yè)自動化的各個領域；同時在國際上，EtherCAT總線組織于2016年底已有3800家會員，也已被國際上各大工業(yè)自動化公司所支持。因此，讓工業(yè)自動化設備具備EtherCAT總線的通訊能力是一件非常有意義的事情。EtherCAT采用主從站的架構實現(xiàn)通訊，其中最關鍵的就是構建一個實時性能良好的主站控制器。

然而，要構建實時性能良好的EtherCAT主站控制器，必須依賴兩點：第一，必須能夠保證進行EtherCAT通訊的數據鏈路層通道足夠實時，實時數據不可被阻塞；第二，主站控制器必須能夠提供非常準確的周期性控制。但是在大多數帶有通用操作系統(tǒng)(包括Windows，Linux或者Windows CE操作系統(tǒng))的主站控制器，都很難實現(xiàn)以上兩點。這是由于EtherCAT所進行通訊的實時性保證主要涉及到OSI(Open System Interconnect，開放式系統(tǒng)互聯(lián))七層網絡結構中的第二層，而此第二層一般都是各大網卡供應商提供的基于特定操作系統(tǒng)的網卡驅動程序，而要滿足EtherCAT實時性，必須修改網卡的驅動程序?；谏虡I(yè)保密策略，各大網卡的供應商都不會提供網卡的驅動程序，所以要想實現(xiàn)第一點也就變得不太可能。同樣，在通用操作系統(tǒng)運行環(huán)境下，也無法構建非常準確的周期性控制程序，且成本也比較高；這些都是本領域技術人員所不期望見到的。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本實用新型實施例公開了一種EtherCAT主站控制器，包括EtherCAT應用程接口模塊、處理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列)芯片和DSP(Digital Signal Processing，數字信號處理)芯片；

所述EtherCAT應用程接口模塊與所述處理器之間進行數據通信；

所述DSP芯片通過所述FPGA芯片與所述處理器之間進行數據通信。

上述實用新型具有如下優(yōu)點或者有益效果：

本實用新型公開了一種EtherCAT主站控制器，通過設置處理器、FPGA芯和DSP芯片以滿足EtherCAT的實時性，從而保證了EtherCAT通訊的實時性，為在運行有通用操作系統(tǒng)的CPU架構下實現(xiàn)實時EtherCAT總線傳輸提供了保障；且該EtherCAT主站控制器性能異常突出，穩(wěn)定性良好，可應用于各種工業(yè)領域，具有應用廣泛，實用性強的特點。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型及其特征、外形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。

圖1是本實用新型實施例中EtherCAT主站控制器的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例中FPGA芯片的邏輯結構框圖；

圖3是本實用新型實施例中EtherCAT主站控制器在工業(yè)現(xiàn)場的實際連接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型作進一步的說明，但是不作為本實用新型的限定。

如圖1所示，本實施例涉及一種EtherCAT主站控制器，其采用的硬件架構可以是X86處理器+FPGA+DSP，在X86處理器架構的處理上，運行Windows，Linux或者Windows CE等通用操作系統(tǒng)環(huán)境均可；具體的，該EtherCAT主站控制器包括EtherCAT應用程接口模塊[該EtherCAT應用程接口模塊具體可以包括EtherCAT配置工具(EtherCAT Config Tool)和EtherCAT協(xié)議棧(EtherCAT Stack)模塊]、X86處理器(X86CPU，也可以采用其他的處理器，這對本實用新型并無影響)、FPGA芯片和DSP芯片；EtherCAT應用程接口模塊與X86處理器之間進行數據通信；DSP芯片通過FPGA芯片與X86處理器之間進行數據通信；FPGA芯片通過百兆網口與外部設備之間進行數據通信。

在本實用新型的一個優(yōu)選的實施例中，上述X86處理器通過PCI總線與FPGA芯片之間進行數據通信，即X86處理器與FPGA之間采用PCI總線進行數據交互。

在本實用新型的一個優(yōu)選的實施例中，上述DSP芯片通過DSP芯片內部的本地總線與FPGA芯片之間進行數據通信。

在本實用新型的一個優(yōu)選的實施例中，上述X86處理器通過FPGA芯片內部的雙口RAM(隨機存儲器)與DSP芯片之間進行數據通信。

在本實用新型的一個優(yōu)選的實施例中，上述X86處理器上運行的操作系統(tǒng)為通用操作系統(tǒng)(該通用操作系統(tǒng)一般包括Windows，Linux、Windows CE等)或嵌入式操作系統(tǒng)。

在本實用新型的一個優(yōu)選的實施例中，如圖2所示，上述FPGA芯片包括依次連接并構成回路的實時PCI總線接口控制器、雙口RAM、DSP周期數據接口、周期實時數據通道、數據發(fā)送接收單元、郵箱數據通道和數據及命令管理單元。

在此基礎上，進一步的，上述FPGA芯片還包括分布時鐘校準算法單元和參考時鐘同步單元；上述參考時鐘同步單元通過時鐘校準算法單元與郵箱數據通道連接。

具體的，在FPGA芯片接口電路上設計有100M的Phy(物理層)電路，F(xiàn)PGA芯片在EtherCAT主站控制器中充當EtherCAT總線專用的物理層介質通道。EtherCAT協(xié)議棧模塊的部分根據功能的不同分別實現(xiàn)在CPU的操作系統(tǒng)環(huán)境中，以及FPGA芯片硬件邏輯中。在CPU的操作系統(tǒng)環(huán)境中，主要實現(xiàn)總線的初始化，總線掃描，總線配置和總線狀態(tài)數據的獲取，另外總線上各種設備的組態(tài)也在CPU中的軟件上實現(xiàn)。而在FPGA芯片中，設計有實時數據通道邏輯，分布時鐘(DC)校準算法單元，提供總線參考時鐘等邏輯。在DSP芯片中實現(xiàn)實時運動控制計算，并通過與FPGA芯片之間的內部總線將實時數據傳遞給FPGA芯片，進而實現(xiàn)實時數據的收發(fā)。

換句話說，F(xiàn)PGA芯片在本實施例的EtherCAT主站控制器中充當實時鏈路層通道，并提供分布時鐘校準算法功能，且以納秒級精度提供網絡參考時鐘基準，以保證運動控制單元以納秒級精度進行同步。

另外，值得一提的是，在DSP芯片環(huán)境中不運行操作系統(tǒng)環(huán)境，以提供微秒級的中斷處理保證運動控制的準確性；且為了保持DSP芯片與FPGA芯片之間的數據同步，DSP芯片采用FPGA芯片提供的中斷來觸發(fā)周期性運動算法。

下面以具體的應用來對本實用新型做進一步的闡述：

如圖3所示，采用X86+FPGA+DSP構建的主站控制器可以完美實現(xiàn)高精度總線運動控制，比如可用于高精度CNC(Computer numerical control，計算機數字控制機床)加工系統(tǒng)；亦可用于6R關節(jié)工業(yè)機器人領域；還可用此主站控制器構建要求嚴格的多軸同步系統(tǒng)，例如鋰電池包裝系統(tǒng)；紡織行業(yè)的針織機系統(tǒng)等，在此便不予贅述。

綜上，本實用新型基于對EtherCAT總線協(xié)議的透徹了解，構建出的X86處理器+FPGA+DSP的EtherCAT主站控制器性能異常突出，穩(wěn)定性良好，不僅完美的解決了通用PC+網卡方案實時性不夠的問題，而且構建出的主站方案穩(wěn)定性高，性能卓越。

本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本實用新型的實質內容，在此不予贅述。

以上對本實用新型的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本實用新型并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本實用新型的實質內容。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍內。