專利名稱：基于fpga編程的mvb/rs485網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，尤其是工業(yè)控制現(xiàn)場總線的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，在工業(yè)控制的自動化進程中，自控系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò) 化、分散化的方向邁進，現(xiàn)場總線得到廣泛應(yīng)用，百花齊放又出現(xiàn)了多種總線并存與互聯(lián)的 現(xiàn)狀。在車列控制領(lǐng)域，隨著網(wǎng)絡(luò)信息化程度越來越高、可靠性越來越嚴格，一方面基于TCN 標準的MVB現(xiàn)場總線已經(jīng)獲得到推廣應(yīng)用；一方面基于傳統(tǒng)的工業(yè)數(shù)據(jù)通信-RS485總線 因其技術(shù)簡單、實現(xiàn)方便，在一些現(xiàn)成的產(chǎn)品或系統(tǒng)中已經(jīng)占據(jù)了重要的位置。因此，基于 技術(shù)繼承與成本現(xiàn)狀考慮，MVB總線無法完全取代RS485的應(yīng)用需求，使得在車列通信控制 中出現(xiàn)了 MVB與RS485總線共存的必然。為了實現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)互通，于是就出現(xiàn)MVB轉(zhuǎn) RS485的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用需求。目前，在MVB轉(zhuǎn)RS485的網(wǎng)關(guān)運用中，實現(xiàn)時技術(shù)較復(fù)雜、集成度低、成本較高。通 信協(xié)議轉(zhuǎn)換的硬件拓撲，一般采用一塊標準的進口 MVB網(wǎng)卡或一塊MVBC協(xié)議芯片，然后加 上獨立的處理器與RS485等外圍接口構(gòu)成。在技術(shù)上，無論是MVB網(wǎng)卡或MVBC協(xié)議芯片， 需要得到國外制造商的支持，有很大的依賴性，同時復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也不適用智能小型設(shè)備；從 價格上，進口網(wǎng)卡的成本很多時候已經(jīng)占據(jù)了小型儀器裝置的主體，更沒有實際推廣意義。對于MVB總線，其通信協(xié)議內(nèi)容是開放的，在IEC-61375-1標準中列出了所有協(xié)議 明細定義說明，于是我們可以基于一片可編程FPGA芯片，編程實現(xiàn)MVB的協(xié)議控制、編程實 現(xiàn)通用串口、并且實現(xiàn)MVB與RS485之間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換功能，在單個芯片上完成協(xié)議與協(xié) 議轉(zhuǎn)換。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、技術(shù)先進、使用靈活、低成本 的MVB轉(zhuǎn)RS485通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型包括如下技術(shù)方案它包括一FPGA芯片，其改進在于所述FPGA芯片連接兩個電磁隔離驅(qū)動芯片并進 行驅(qū)動控制信號交互，所述FPGA芯片還連接一 RS485驅(qū)動電路并進行驅(qū)動控制信號交互。優(yōu)選地，所述的FPGA芯片中包括可編程邏輯單元、RAM以及配置FLASH存儲器。優(yōu)選地，所述可編程邏輯單元內(nèi)包括MVB編碼、MVB解碼、MVB發(fā)送緩沖區(qū)、MVB接收 緩沖區(qū)、MVB報文解析控制、MVB通信存儲器、綜合控制模塊、MVB/485通信數(shù)據(jù)交換、RS485 報文解析控制、RS485通信存儲器、RS485通信模塊，所述各模塊通過數(shù)據(jù)地址控制總線相 互連接并進行并行工作。優(yōu)選地，所述FPGA芯片是Lattice公司出品的LFXP6芯片。優(yōu)選地，所述電磁隔離驅(qū)動芯片采用IL3685芯片。優(yōu)選地，所述RS485驅(qū)動電路采用MAX1487芯片。[0013]本實用新型的由之前需采用一塊標準PC104進口網(wǎng)卡和一塊帶RS485接口基板的 層疊方式，變?yōu)榈浆F(xiàn)在只需一塊小型PCB板的緊湊模式。便于結(jié)構(gòu)連接設(shè)計，同時易于加 工和工藝控制，在硬件成本上得到大幅下降，本發(fā)明硬件成本約600元，而一塊標準PC104 接口的進口 MVB網(wǎng)卡的費用達3000元以上；并且其結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、技術(shù)先進、使用靈 活、低成本等特點，適用于通信時，數(shù)據(jù)包長度固定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換量小的RS485通信接口互連 場合，特別適宜于在原設(shè)備裝置上進行廉價、緊促、小改動的技術(shù)升級改造。

圖1是本實用新型實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例的FPGA芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例的可編程控制器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的第一實施例它包括一 FPGA芯片1，所述FPGA芯片1連 接兩個電磁隔離驅(qū)動芯片2并進行驅(qū)動控制信號交互，所述FPGA芯片1還連接一 RS485驅(qū) 動電路3并進行驅(qū)動控制信號交互。為了滿足復(fù)雜協(xié)議等編程功能的資源需求，我們選用的FPGA芯片1是Lattice公 司出品的LFXP6，該芯片內(nèi)部編程資源豐富，如圖2所示，包括5. 8K的可編程邏輯單元11、 72Kbits的RAM 12，并且內(nèi)置存儲器13，無需外掛專用的程序配置芯片，結(jié)構(gòu)簡單、易于加 密。通過編程該芯片實現(xiàn)了通信協(xié)議、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、控制、信號連接等功能；為了滿足MVB的高速率通信驅(qū)動以及接入MVB網(wǎng)絡(luò)的長距離通信驅(qū)動要求，并 且實現(xiàn)雙路冗余，我們選用了兩片IL3685芯片作為電磁隔離驅(qū)動芯片2，驅(qū)動速率高達 40Mbps,完全適用于MVB通信1. 5Mbps的曼徹斯特編碼驅(qū)動要求。2芯片分別通過4個引腳 與FPGA芯片連接，連接數(shù)據(jù)發(fā)送接收及驅(qū)動控制信號，其中TX是數(shù)據(jù)發(fā)送信號、RX_A(RX_ B)是數(shù)據(jù)接收信號，RX_ENA(RX_ENB)、TX_EN分別是接收、發(fā)送使能信號；2芯片分別另有2 個引腳MVB_A+、MVB_A-接入到MVB的A組網(wǎng)絡(luò)線、引腳MVB_B+、MVB_B-接入到MVB的B組 網(wǎng)絡(luò)線；本實施例中，RS485驅(qū)動電路3選取了 MAX1487芯片，該芯片是Maxim公司提供的 高速非隔離RS485驅(qū)動芯片，穩(wěn)定可靠，體積小，控制簡單。該芯片仍然通過4個引腳與FPGA 芯片相連接，提供數(shù)據(jù)接收發(fā)送、驅(qū)動控制，包括RX_485、TX_485、RX_485EN、TX_485EN ；另 有2個引腳RS485+、RS485-接入到RS485的雙絞通信線。圍繞IL485、LFXP6、MAX1487等 芯片，構(gòu)成了 MVB/485網(wǎng)關(guān)硬件電路的主體，實現(xiàn)MVB信號驅(qū)動傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換、RS485信號 驅(qū)動傳輸過程。如圖3所示，所述可編程控制器11中的邏輯結(jié)構(gòu)包括MVB編碼模塊111、MVB解碼 模塊112、MVB發(fā)送緩沖區(qū)113、MVB接收緩沖區(qū)114、MVB報文解析控制模塊115、MVB通信 存儲器116、綜合控制模塊117、MVB/485通信數(shù)據(jù)交換模塊118、RS485報文解析控制119、 RS485通信存儲器120、RS485通信模塊121，各模塊通過數(shù)據(jù)地址控制總線相互連接、并行工作。[0023]其中，MVB編碼模塊111將發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)位流數(shù)據(jù)串行輸出。按照 IEC61375-1標準定義，在該模塊實現(xiàn)位流輸出，位流填充，曼徹斯特編碼，波特率控制 1. 5Mbps ；生成數(shù)據(jù)幀的起始界定符、終止界定符、FLAG標志等；進行CRC16計算并插入數(shù)據(jù) 幀。 MVB解碼模塊112實現(xiàn)編碼模塊的反向?qū)崿F(xiàn)，將輸入信號進行解碼，進行有效性檢 查，輸入到接收緩沖區(qū)。發(fā)送緩沖區(qū)113與接收緩沖區(qū)114分別提供編碼解碼數(shù)據(jù)幀內(nèi)容的緩存功能，包 括4字節(jié)的數(shù)據(jù)幀頭以及0-256字節(jié)的數(shù)據(jù)。MVB報文解析控制模塊115，將對接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)幀進行解析處理，分類存儲， 響應(yīng)主幀應(yīng)答，存儲從幀數(shù)據(jù)并刷新標識。接收到主幀時，組織應(yīng)答主幀，根據(jù)端口號，將對 應(yīng)的數(shù)據(jù)由通信存儲器復(fù)制到發(fā)送緩沖區(qū)；當接收到過程數(shù)據(jù)從幀時，根據(jù)端口號，將接收 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)存儲到通信存儲器對應(yīng)的端口空間。MVB通信存儲器116，該空間用來存放所有接收和發(fā)送的MVB過程數(shù)據(jù)，存放位置 將以過程數(shù)據(jù)幀的端口號進行確定。接收發(fā)送一共包含8個端口空間，每個端口占用256 字節(jié)(一過程數(shù)據(jù)幀最大的數(shù)據(jù)長度)。綜合控制模塊117，該模塊實現(xiàn)系統(tǒng)綜合控制功能，包括提供系統(tǒng)時鐘；實現(xiàn)各模 塊之間數(shù)據(jù)、控制總線的仲裁與分配；模塊之間工作狀態(tài)時序控制和連接。MVB/485數(shù)據(jù)交換模塊118，該模塊將分別訪問MVB，RS485的通信存儲器，實現(xiàn)拆 分、選取交換、組織數(shù)據(jù)包。RS485報文控制模塊119，該模塊主要實現(xiàn)RS485數(shù)據(jù)包的組織、解析，定時啟動報 文，應(yīng)答接收的RS485報文，存儲接收的RS485數(shù)據(jù)包到通信存儲器，讀取數(shù)據(jù)包啟動RS485 側(cè)的發(fā)送。RS485通信存儲器120，該模塊用于存儲發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)包，按照數(shù)據(jù)幀地址進 行存放。RS485通信控制模塊121，該模塊主要實現(xiàn)UART的串行發(fā)送接收，并控制驅(qū)動 RS485驅(qū)動芯片，控制發(fā)送與接收的時序。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍， 凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運 用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種基于FPGA編程的MVB/RS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它包括一FPGA芯片，其特征在于所述FPGA芯片連接兩個電磁隔離驅(qū)動芯片并進行驅(qū)動控制信號交互，所述FPGA芯片還連接一RS485驅(qū)動電路并進行驅(qū)動控制信號交互。
2.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA編程的MVBRS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述的FPGA 芯片中包括可編程邏輯單元、RAM以及配置存儲器。
3.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA編程的MVBRS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述可編 程邏輯單元內(nèi)包括MVB編碼、MVB解碼、MVB發(fā)送緩沖區(qū)、MVB接收緩沖區(qū)、MVB報文解析控 制、MVB通信存儲器、綜合控制模塊、MVB/485通信數(shù)據(jù)交換、RS485報文解析控制、RS485通 信存儲器、RS485通信模塊，所述各模塊通過數(shù)據(jù)地址控制總線相互連接并進行并行工作。
4.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA編程的MVBRS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述FPGA 芯片是Lattice公司出品的LFXP6芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA編程的MVBRS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述電磁 隔離驅(qū)動芯片采用IL3685芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的基于FPGA編程的MVBRS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述RS485 驅(qū)動電路采用MAX1487芯片。
專利摘要本實用新型屬于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，尤其是工業(yè)控制現(xiàn)場總線的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。它包括一FPGA芯片，所述FPGA芯片連接兩個電磁隔離驅(qū)動芯片并進行驅(qū)動控制信號交互，所述FPGA芯片還連接一RS485驅(qū)動電路并進行驅(qū)動控制信號交互。本實用新型的由之前需采用一塊標準PC104進口MVB網(wǎng)卡和一塊帶RS485接口應(yīng)用處理器基板的層疊方式，變?yōu)榈浆F(xiàn)在只需一塊小型PCB板的緊湊模式。便于結(jié)構(gòu)連接設(shè)計，同時易于加工和工藝控制，在硬件成本上得到大幅下降；并且其結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、技術(shù)先進、使用靈活等特點，適用于通信時，數(shù)據(jù)包長度固定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換量小的RS485通信接口互連場合，特別適宜于在原設(shè)備裝置上進行廉價、緊促、小改動的MVB技術(shù)升級改造。
文檔編號H04L12/66GK201639602SQ20092026505
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者譚詩干 申請人:深圳市通業(yè)科技發(fā)展有限公司