工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法,包括區(qū)域劃分，將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域，其中，靜態(tài)區(qū)域至少包括重構(gòu)主機(jī)以及重構(gòu)控制模塊；重構(gòu)辨識(shí)，辨識(shí)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議；重構(gòu)規(guī)劃，將辨識(shí)結(jié)果與協(xié)議類型進(jìn)行映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若與設(shè)備當(dāng)前協(xié)議不一致，啟動(dòng)重構(gòu)，獲取重構(gòu)配置文件；重構(gòu)配置，配置FPGA的模式，建立外部動(dòng)態(tài)配置文件庫；重構(gòu)評(píng)估，主站設(shè)備以重構(gòu)設(shè)備是否能建立與主站的通信，來對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求；本發(fā)明根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信的以太網(wǎng)幀能正確的區(qū)分出網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議，從而觸發(fā)對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重配置，縮短了單次重構(gòu)時(shí)間，并且減少了在線資源的開銷。
【專利說明】
工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場總線技術(shù)一直都是工業(yè)控制技術(shù)的重要組成部分，隨著現(xiàn)場通信的數(shù)據(jù)量急速增長，以及現(xiàn)場總線互聯(lián)、互通與互操作性等問題難以解決，所以現(xiàn)場總線需要尋求新的決方案。以太網(wǎng)有著開放性好、應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉以及通信速率高等特點(diǎn)，但是其采用的CDMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collis1n Detect1n，載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)機(jī)制帶來了傳輸延遲的不確定性，不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求，為了將其應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，必須進(jìn)行改造，各大商家紛紛提出了自己的工業(yè)以太網(wǎng)，給出了實(shí)時(shí)性的技術(shù)解決方案。
[0003]目前，基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)主要有Powerlink、EtherCAT、SERCOS、EtherNet/IP、ModBusTCP、Prof inetSRT、MECHATROLINK 等，其中 Powerlink 以及 EtherCAT 就是主流工業(yè)以太網(wǎng)的代表，它們都對(duì)以太網(wǎng)協(xié)議層次進(jìn)行簡化，并且修改了以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層，避免了報(bào)文沖突，簡化通信數(shù)據(jù)處理，達(dá)到了實(shí)時(shí)性的要求。Power I ink和EtherCAT具有相似性，也有不同的地方，對(duì)于物理層，它們可采用與普通以太網(wǎng)相同的收發(fā)器及其他的物理層器件，對(duì)于應(yīng)用層，兩者也沒有什么差別，同樣使用CANOPEN等應(yīng)用層協(xié)議，兩者主要的差別在于對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層通信機(jī)制的修改。在實(shí)際的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，可能存在不同的通信協(xié)議。利用Power I ink和EtherCAT的特點(diǎn)，可使單一設(shè)備同時(shí)支持這兩種通信協(xié)議，增強(qiáng)其可復(fù)用性和互換能力，提升其使用便捷性。
[0004]為了達(dá)到上述目的，目前有兩種解決方法:一種是通過硬件實(shí)現(xiàn)靜態(tài)全局重構(gòu)，另一種是通過軟件冗余實(shí)現(xiàn)協(xié)議切換。靜態(tài)全局重構(gòu)將整體的工程文件燒寫到外部存儲(chǔ)器當(dāng)中，每次需要重構(gòu)時(shí)，都需要對(duì)器件的整體進(jìn)行重構(gòu)，造成了器件資源的浪費(fèi)以及重構(gòu)時(shí)間的增加，并且還需要一個(gè)外部的重構(gòu)控制器，增加了電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度。軟件冗余的方式是將所有通信協(xié)議都放到一起，通過鏈路檢測協(xié)議類型，實(shí)現(xiàn)協(xié)議切換。但隨著協(xié)議數(shù)量的增多，硬件資源和軟件資源也會(huì)成倍增加，所以這種方式造成了極大的資源浪費(fèi)，因此，亟需一種新的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)方法，在能夠正確的識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的配置的基礎(chǔ)上，提高重配置的速度，同時(shí)減少在線資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法及系統(tǒng)，以解決上述問題。
[0006]本發(fā)明提供的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，包括
[0007]a.區(qū)域劃分，將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域；
[0008]b.重構(gòu)辨識(shí)，通過所述靜態(tài)區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行檢測識(shí)別；
[0009]c.重構(gòu)配置，配置FPGA的模式，選擇擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，存放動(dòng)態(tài)配置文件，建立動(dòng)態(tài)配置文件資源庫;進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲得重構(gòu)的動(dòng)態(tài)配置文件；
[0010]d.重構(gòu)規(guī)劃，根據(jù)重構(gòu)辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行協(xié)議映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若該協(xié)議標(biāo)志與設(shè)備中的協(xié)議不一致，則發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，同時(shí)發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)確認(rèn)重構(gòu)控制模塊準(zhǔn)備完成后，開始從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，并在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟直至重構(gòu)完成；
[0011 ] e.重構(gòu)評(píng)估，根據(jù)主站設(shè)備是否能與重構(gòu)設(shè)備建立通信，對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求。
[0012]進(jìn)一步，所述靜態(tài)區(qū)域包括
[0013]檢測模塊，用于檢測并識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議；
[0014]重構(gòu)控制模塊，用于重構(gòu)控制和CRC校檢；
[0015]重構(gòu)主機(jī)模塊，用于與外部存儲(chǔ)器通信、發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置；
[0016]協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)物理層接口的接口信號(hào)進(jìn)行連接及處理；
[0017]協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)模塊，用于實(shí)現(xiàn)CANOPEN通信協(xié)定。
[0018]進(jìn)一步，步驟b具體包括
[0019]S1.從站設(shè)備通過物理層接口的接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)上升沿，判斷通信幀的開始，接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，激活計(jì)數(shù)器；
[0020]s2.建立數(shù)據(jù)緩存區(qū)，將物理層接口的連續(xù)兩個(gè)四位接收數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)緩存區(qū)在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。
[0021]s3.通過激活的計(jì)數(shù)器對(duì)每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，對(duì)輸出端的字節(jié)值按規(guī)約的對(duì)應(yīng)協(xié)議類型進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后對(duì)UDP端口號(hào)字段進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
[0022]進(jìn)一步，步驟c中，所述靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與外部存儲(chǔ)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所述外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有重構(gòu)區(qū)域的配置文件，重構(gòu)主機(jī)模塊向外部存儲(chǔ)器發(fā)送讀取命令，同時(shí)將讀取起始地址發(fā)送至存儲(chǔ)器，所述外部存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)按照重構(gòu)時(shí)鐘周期節(jié)拍傳送至存儲(chǔ)器控制塊，然后通過重構(gòu)主機(jī)模塊存放至重構(gòu)控制模塊的數(shù)據(jù)總線。
[0023]進(jìn)一步，步驟d中，通過重構(gòu)完成信號(hào)判斷重構(gòu)過程是否完成，當(dāng)重構(gòu)完成信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，表示重構(gòu)過程完成。
[0024]進(jìn)一步，所述重構(gòu)規(guī)劃中，當(dāng)通過重構(gòu)控制模塊發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求時(shí)，凍結(jié)重構(gòu)區(qū)域的局部輸入信號(hào)，使重構(gòu)區(qū)域的所有局部輸入信號(hào)相同。
[0025]進(jìn)一步，步驟d中，當(dāng)重構(gòu)過程發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，所述重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主機(jī)模塊發(fā)送重構(gòu)錯(cuò)誤信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)模塊解除重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)，錯(cuò)誤信號(hào)保持二十個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期，當(dāng)錯(cuò)誤信號(hào)由高電平變成低電平，重新發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)；
[0026]當(dāng)重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)解除后，所述重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主機(jī)輸出局部復(fù)位信號(hào)，將重構(gòu)區(qū)域復(fù)位。
[0027]本發(fā)明還提供一種工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，包括將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域，所述靜態(tài)區(qū)域包括
[0028]檢測模塊，用于檢測并識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議；
[0029]重構(gòu)控制模塊，用于重構(gòu)控制和CRC校檢；
[0030]重構(gòu)主機(jī)模塊，用于與外部存儲(chǔ)器通信、發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置；
[0031]協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊，用于對(duì)物理層接口的接口信號(hào)進(jìn)行連接及處理；
[0032]協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)模塊，用于實(shí)現(xiàn)CANOPEN通信協(xié)定；
[0033]所述重構(gòu)區(qū)域包括重構(gòu)模塊，所述重構(gòu)模塊用于以EtherCAT和Powerl ink從站IP核構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路層；
[0034]將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域;通過所述靜態(tài)區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行檢測識(shí)別；配置FPGA的模式，選擇擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，存放動(dòng)態(tài)配置文件，建立動(dòng)態(tài)配置文件資源庫;進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲得重構(gòu)的動(dòng)態(tài)配置文件;根據(jù)重構(gòu)辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行協(xié)議映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若該協(xié)議標(biāo)志與設(shè)備中的協(xié)議不一致，則發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，同時(shí)發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)確認(rèn)重構(gòu)控制模塊準(zhǔn)備完成后，開始從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，并在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟直至重構(gòu)完成;根據(jù)主站設(shè)備是否能與重構(gòu)設(shè)備建立通信，對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求。
[0035]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明中的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信的以太網(wǎng)幀正確的區(qū)分出網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議，從而觸發(fā)對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重配置，并且將FPGA劃分成靜態(tài)區(qū)域與重構(gòu)區(qū)域，進(jìn)行重配置時(shí)，只需要配置重構(gòu)區(qū)域的硬件邏輯，從而縮短了單次重構(gòu)時(shí)間，提高重配置的速度，并且減少了在線資源的開銷，避免了資源的浪費(fèi)。
【附圖說明】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0037]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖。
[0038]圖2是本發(fā)明的流程不意圖。
[0039]圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施流程示意圖。
[0040]圖4是本發(fā)明的檢測模塊的工作流程示意圖。
[0041 ]圖5是本發(fā)明的EtherCAT和Powerlink協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:圖2是本發(fā)明的流程示意圖。
[0043]如圖1和2所示，在本實(shí)施例中，包括以下步驟:
[0044]步驟S1.對(duì)靜態(tài)區(qū)域以及重構(gòu)區(qū)域進(jìn)行明確劃分，將FPGA劃分成靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域，靜態(tài)區(qū)域包括檢測模塊、重構(gòu)控制模塊、重構(gòu)主機(jī)模塊、協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊、協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用模塊，重構(gòu)區(qū)域是EtherCAT和Powerl ink協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中根據(jù)EtherCAT和Powerlink的協(xié)議特點(diǎn)，保證物理層和應(yīng)用層的一致性，只對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行重構(gòu)；
[0045]步驟S2.重構(gòu)辨識(shí)，通過靜態(tài)區(qū)域中的檢測模塊對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行檢測識(shí)別；
[0046]步驟S3.重構(gòu)配置，配置FPGA的模式，本設(shè)計(jì)中FPGA的配置模式為FPPxl6，選擇合適的外部存儲(chǔ)器，靜態(tài)區(qū)域通過通信模塊與外部存儲(chǔ)器通信，建立動(dòng)態(tài)配置文件資源庫。
[0047]步驟S4.重構(gòu)規(guī)劃，根據(jù)辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行協(xié)議映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若該協(xié)議標(biāo)志與設(shè)備中的協(xié)議不一致，則發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，同時(shí)發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)確認(rèn)重構(gòu)控制模塊準(zhǔn)備完成后，從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寬度由FPGA的配置模式?jīng)Q定，本設(shè)計(jì)中FPGA的配置模式為FPPxl6，所以數(shù)據(jù)寬度為16位，并在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取十六位數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟直至重構(gòu)完成。
[0048]步驟S5.重構(gòu)評(píng)估，主站設(shè)備以重構(gòu)設(shè)備是否能建立與主站的通信，來對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求。
[0049]在本實(shí)施例中，通過檢測模塊檢測網(wǎng)絡(luò)中通信的以太網(wǎng)幀的幀類型以及UDP端口號(hào)，判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議，如與當(dāng)前重構(gòu)模塊中的通信協(xié)議不相同，檢測模塊就激活重構(gòu)控制模塊，重構(gòu)控制模塊包括Cy c I one V系列的FPGA自帶的重構(gòu)控制以及CRC校檢，重構(gòu)主機(jī)模塊包括與外部存儲(chǔ)器之間的通信、根據(jù)檢測模塊的結(jié)果與當(dāng)前重構(gòu)區(qū)域中的協(xié)議決定是否發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及重構(gòu)控制模塊預(yù)留的交互接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置，協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊就是對(duì)物理層的接口信號(hào)進(jìn)行連接以及處理，協(xié)議應(yīng)用層模塊是一個(gè)基于niοs 11的片上系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的CANOPEN協(xié)議；重構(gòu)模塊是重構(gòu)區(qū)域中的EtherCAT和Power I ink協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)，以EtherCAT和Power I ink從站IP核構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路層。[°°50] 在本實(shí)施例中，根據(jù)EtherCAT和Power I ink協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定:通訊由主站向從站發(fā)起，主站向從站發(fā)送特定類型的數(shù)據(jù)幀，可以直接將數(shù)據(jù)報(bào)文嵌入Ethernet幀，定義成EtherCAT幀，以及Power I ink幀，幀類型不同，普通Ethernet幀的幀類型是0x8000 ,EtherCAT幀的幀類型是0x88A4，Power I ink幀的幀類型是0x88AB;也可以利用UDP端口，如果將數(shù)據(jù)幀嵌入U(xiǎn)DP報(bào)文，幀類型還是0x8000，但是對(duì)于EtherCAT規(guī)定了該UDP端口號(hào)為0x88A4，而Powerlink協(xié)議并未對(duì)此有明確規(guī)定，可以自己定義，所以這種情況不對(duì)Power I ink協(xié)議進(jìn)行判別。本實(shí)施例中檢測過程包括:
[0051]S1.從站設(shè)備通過物理層接口的接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)的上升沿判斷通信幀的開始，當(dāng)接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，激活計(jì)數(shù)器；
[0052]82.將物理層接口的連續(xù)兩個(gè)四位接收數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；
[0053]s3.計(jì)數(shù)器激活后，通過計(jì)數(shù)器對(duì)每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，對(duì)輸出端的字節(jié)值按預(yù)置的對(duì)應(yīng)協(xié)議類型進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后對(duì)UDP端口號(hào)字段進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
[0054]EtherCAT和Powerlink均包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，但是其數(shù)據(jù)鏈路層有很大差異，其通信幀類型不相同，具體檢測過程如圖4所示:
[0055]步驟S201.從站設(shè)備通過物理層MII接口的接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)的上升沿判斷通信幀的開始，當(dāng)接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)由低電平變成高電平的時(shí)候，激活計(jì)數(shù)器功能。
[0056]步驟S202.為了消除跨物理層與鏈路層的時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)傳輸，建立一個(gè)異步FIFO模塊，將物理層MII接口的連續(xù)2個(gè)四位接收數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。
[0057]步驟S203.計(jì)數(shù)器功能激活以后，每一個(gè)檢測端時(shí)鐘周期，計(jì)數(shù)器加一，當(dāng)計(jì)數(shù)器值累加達(dá)到21的時(shí)候，對(duì)FIFO輸出端的字節(jié)值進(jìn)行判斷，實(shí)際上也就是判斷通信幀中第21個(gè)字節(jié)的數(shù)值。
[0058]步驟S204.因?yàn)閹愋蛯儆谔厥鈭?bào)文，所以不受高低字節(jié)傳輸順序限制，所以0x88在前，也就是第22個(gè)字節(jié)的值，0xA4在后，也就是第23個(gè)字節(jié)的值，所以先是判斷第22個(gè)字節(jié)的值是否為0x88，如果為0x88，則置標(biāo)志I的值為I，如果為0x08，則置標(biāo)志2的值為I。
[0059]步驟S205.當(dāng)計(jì)數(shù)器值累加達(dá)到23的時(shí)候，并且標(biāo)志I的值為I的時(shí)候，判斷FIFO的輸出端的字節(jié)值，如果為0xA4，則到步驟S206，如果為OxAB，則到步驟S207。
[0060]步驟S206.置EtherCAT協(xié)議標(biāo)志為I，
[0061 ] 步驟S207.置Powerlink協(xié)議標(biāo)志為I ；
[0062]步驟S208.如果計(jì)數(shù)器值累加達(dá)到23的時(shí)候，并且標(biāo)志2的值為I的時(shí)候，判斷FIFO的輸出端字節(jié)值，如果為0x00，則置Ethernet協(xié)議標(biāo)志為I。
[0063]步驟S209.接下來就是判斷EtherCAT數(shù)據(jù)幀是否嵌入了UDP報(bào)文，當(dāng)計(jì)數(shù)器累加達(dá)到45的時(shí)候，并且Ethernet協(xié)議標(biāo)志為I的時(shí)候，判斷FIFO的輸出端字節(jié)值，如果為0x88，則置標(biāo)志3的值為I。
[0064]步驟S210.當(dāng)計(jì)數(shù)器值累加達(dá)到46，并且標(biāo)志3的值為I時(shí)，判斷FIFO的輸出端字節(jié)值，如果為0xA4，則到步驟S206。
[0065]步驟S211.當(dāng)物理層MII接口的接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)從高電平到低電平的時(shí)候，清零并鎖定計(jì)數(shù)器，等待下一次高電平到來。
[0066]通過上述步驟，可以完成對(duì)EtherCAT和Power I ink協(xié)議的識(shí)別，并且給出檢測結(jié)果
[0067]在本實(shí)施例中，重構(gòu)主機(jī)判斷檢測結(jié)果標(biāo)志以及當(dāng)前重構(gòu)區(qū)域中協(xié)議標(biāo)志是否一致，如果不一致，則對(duì)重構(gòu)控制模塊發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，即置重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)為高電平，激活重構(gòu)控制模塊，同時(shí)向重構(gòu)控制模塊發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘，該時(shí)鐘信號(hào)是重構(gòu)主控模塊工作的基準(zhǔn)時(shí)鐘，而且重構(gòu)控制塊在整個(gè)重構(gòu)過程中都為重構(gòu)主控模塊提供該時(shí)鐘信號(hào)，激活重構(gòu)控制模塊以后，重構(gòu)區(qū)域的輸入輸出端口電平會(huì)發(fā)生非預(yù)期的變化，這可能會(huì)引起邏輯電路時(shí)序上的晶振和設(shè)備不可預(yù)料的誤動(dòng)作，為了防止這種情況發(fā)生，需要凍結(jié)重構(gòu)區(qū)域的局部輸入信號(hào)，使重構(gòu)區(qū)域的所有局部輸入信號(hào)置I。
[0068]在本實(shí)施例中，在重構(gòu)配置中，檢測識(shí)別之前對(duì)設(shè)備進(jìn)行了完全重新配置，確定默認(rèn)的協(xié)議類型，重構(gòu)區(qū)域內(nèi)只需要存儲(chǔ)一種協(xié)議配置即可，本實(shí)施例中的靜態(tài)區(qū)域中還包括與外部存儲(chǔ)器之間的存儲(chǔ)器控制模塊，需要建立與外部存儲(chǔ)器穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接，存儲(chǔ)器中存有重構(gòu)區(qū)域的配置文件，配置文件的位置以及重構(gòu)主機(jī)與外部存儲(chǔ)器的通信方式由外部存儲(chǔ)器的芯片類型決定，重構(gòu)主機(jī)中的與存儲(chǔ)器通信的模塊向該存儲(chǔ)器發(fā)送讀取命令，同時(shí)將讀取起始地址發(fā)送至存儲(chǔ)器，然后該存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)按照重構(gòu)時(shí)鐘周期節(jié)拍傳送至存儲(chǔ)器控制塊，然后通過重構(gòu)控制模塊存放至重構(gòu)主控模塊的數(shù)據(jù)總線。當(dāng)重構(gòu)主機(jī)接收到重構(gòu)控制模塊的準(zhǔn)備完成信號(hào)后，等待四個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期，在第四個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期結(jié)束前從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)十六位數(shù)據(jù)，十六位數(shù)據(jù)中，然后在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取十六位數(shù)據(jù)。重構(gòu)主機(jī)等待重構(gòu)控制模塊的重構(gòu)完成信號(hào)置高電平，在重構(gòu)完成信號(hào)置高電平之前，一直重復(fù)上述步驟，當(dāng)重構(gòu)完成信號(hào)置高電平，在八個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期內(nèi)，重構(gòu)主機(jī)解除重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)，即置重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)為低電平，重構(gòu)完成信號(hào)保持二十個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期，當(dāng)重構(gòu)完成信號(hào)由高電平變成低電平的時(shí)候，表示重構(gòu)過程已經(jīng)完成。
[0069]在本實(shí)施例中，如果重構(gòu)發(fā)生錯(cuò)誤，重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主機(jī)發(fā)送重構(gòu)錯(cuò)誤信號(hào)，錯(cuò)誤信號(hào)置高電平，重構(gòu)主機(jī)解除重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)，錯(cuò)誤信號(hào)至少保持并在二十個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期，然后錯(cuò)誤信號(hào)由高電平變成低電平，重構(gòu)主機(jī)重新發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)，執(zhí)行重構(gòu)步驟。當(dāng)重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)解除后，重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主控模塊輸出局部復(fù)位信號(hào)，將重構(gòu)區(qū)域復(fù)位，以保證所有的通信狀態(tài)保持為初始值。
[0070]相應(yīng)地，本實(shí)施例中還提供一種利用上述方法的系統(tǒng)，包括:
[0071]檢測模塊，用于檢測并識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議；
[0072]重構(gòu)控制模塊，用于重構(gòu)控制和CRC校檢；
[0073]重構(gòu)主機(jī)模塊，用于與外部存儲(chǔ)器通信、發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置；
[0074]協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊，用于對(duì)物理層接口的接口信號(hào)進(jìn)行連接及處理；
[0075]協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)模塊，用于實(shí)現(xiàn)CANOPEN通信協(xié)定；
[0076]重構(gòu)模塊，用于EtherCAT和Power I ink協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)。
[0077]在本實(shí)施例中，所使用的FPGA器件為具有局部重構(gòu)功能CycloneV系列的器件，其他具有局部重構(gòu)功能的器件還有Arria V或Stratix V等系列的FPGA，重構(gòu)主機(jī)模塊判斷檢測模塊的檢測結(jié)果標(biāo)志與當(dāng)前重構(gòu)區(qū)域中協(xié)議標(biāo)志是否一致，如果不一致，則對(duì)重構(gòu)控制模塊發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，將重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)置為高電平，激活重構(gòu)控制模塊，同時(shí)向重構(gòu)控制模塊發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)。
[0078]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:包括 a.區(qū)域劃分，將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域； b.重構(gòu)辨識(shí)，通過所述靜態(tài)區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行檢測識(shí)別； c.重構(gòu)配置，配置FPGA的模式，選擇擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，存放動(dòng)態(tài)配置文件，建立動(dòng)態(tài)配置文件資源庫;進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲得重構(gòu)的動(dòng)態(tài)配置文件； d.重構(gòu)規(guī)劃，根據(jù)重構(gòu)辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行協(xié)議映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若該協(xié)議標(biāo)志與設(shè)備中的協(xié)議不一致，則發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，同時(shí)發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)確認(rèn)重構(gòu)控制模塊準(zhǔn)備完成后，開始從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，并在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟直至重構(gòu)完成； e.重構(gòu)評(píng)估，根據(jù)主站設(shè)備是否能與重構(gòu)設(shè)備建立通信，對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:所述靜態(tài)區(qū)域包括 檢測模塊，用于檢測并識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議； 重構(gòu)控制模塊，用于重構(gòu)控制和CRC校檢； 重構(gòu)主機(jī)模塊，用于與外部存儲(chǔ)器通信、發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置； 協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)物理層接口的接口信號(hào)進(jìn)行連接及處理； 協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)模塊，用于實(shí)現(xiàn)CANOPEN通信協(xié)定。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:步驟b具體包括 S1.從站設(shè)備通過物理層接口的接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)上升沿，判斷通信幀的開始，接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，激活計(jì)數(shù)器； s2.建立數(shù)據(jù)緩存區(qū)，將物理層接口的連續(xù)兩個(gè)四位接收數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)緩存區(qū)在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 s3.通過激活的計(jì)數(shù)器對(duì)每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，對(duì)輸出端的字節(jié)值按規(guī)約的對(duì)應(yīng)協(xié)議類型進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后對(duì)UDP端口號(hào)字段進(jìn)行標(biāo)識(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:步驟c中，所述靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與外部存儲(chǔ)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所述外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有重構(gòu)區(qū)域的配置文件，重構(gòu)主機(jī)模塊向外部存儲(chǔ)器發(fā)送讀取命令，同時(shí)將讀取起始地址發(fā)送至存儲(chǔ)器，所述外部存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)按照重構(gòu)時(shí)鐘周期節(jié)拍傳送至存儲(chǔ)器控制塊，然后通過重構(gòu)主機(jī)模塊存放至重構(gòu)控制模塊的數(shù)據(jù)總線。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:步驟d中，通過重構(gòu)完成信號(hào)判斷重構(gòu)過程是否完成，當(dāng)重構(gòu)完成信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，表示重構(gòu)過程完成。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:所述重構(gòu)規(guī)劃中，當(dāng)通過重構(gòu)控制模塊發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求時(shí)，凍結(jié)重構(gòu)區(qū)域的局部輸入信號(hào)，使重構(gòu)區(qū)域的所有局部輸入信號(hào)相同。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法，其特征在于:步驟d中，當(dāng)重構(gòu)過程發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，所述重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主機(jī)模塊發(fā)送重構(gòu)錯(cuò)誤信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)模塊解除重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)，錯(cuò)誤信號(hào)保持二十個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期，當(dāng)錯(cuò)誤信號(hào)由高電平變成低電平，重新發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)； 當(dāng)重構(gòu)請(qǐng)求信號(hào)解除后，所述重構(gòu)控制模塊向重構(gòu)主機(jī)輸出局部復(fù)位信號(hào)，將重構(gòu)區(qū)域復(fù)位。8.一種工業(yè)以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于:包括將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域，所述靜態(tài)區(qū)域包括 檢測模塊，用于檢測并識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議； 重構(gòu)控制模塊，用于重構(gòu)控制和CRC校檢； 重構(gòu)主機(jī)模塊，用于與外部存儲(chǔ)器通信、發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求以及對(duì)重構(gòu)區(qū)域的重新配置； 協(xié)議物理層驅(qū)動(dòng)模塊，用于對(duì)物理層接口的接口信號(hào)進(jìn)行連接及處理； 協(xié)議應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)模塊，用于實(shí)現(xiàn)CANOPEN通信協(xié)定； 所述重構(gòu)區(qū)域包括重構(gòu)模塊，所述重構(gòu)模塊用于以EtherCAT和Power I ink從站IP核構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路層； 將FPGA劃分為靜態(tài)區(qū)域和重構(gòu)區(qū)域;通過所述靜態(tài)區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行檢測識(shí)別；配置FPGA的模式，選擇擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器，存放動(dòng)態(tài)配置文件，建立動(dòng)態(tài)配置文件資源庫;進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，靜態(tài)區(qū)域通過存儲(chǔ)器控制模塊與擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲得重構(gòu)的動(dòng)態(tài)配置文件;根據(jù)重構(gòu)辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行協(xié)議映射，產(chǎn)生協(xié)議標(biāo)志，若該協(xié)議標(biāo)志與設(shè)備中的協(xié)議不一致，則發(fā)起重構(gòu)請(qǐng)求，同時(shí)發(fā)送重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，重構(gòu)主機(jī)模塊確認(rèn)重構(gòu)控制模塊準(zhǔn)備完成后，開始從外部存儲(chǔ)器中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，并在之后每個(gè)重構(gòu)時(shí)鐘周期下降沿到來之前，依次讀取數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟直至重構(gòu)完成;根據(jù)主站設(shè)備是否能與重構(gòu)設(shè)備建立通信，對(duì)本次重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷重構(gòu)結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK106027510SQ201610318548
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】黃偉, 趙亦欣, 何飛, 夏吳斌
【申請(qǐng)人】西南大學(xué)