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一種以太網通信主站實現方法.pdf

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一種 以太網 通信 實現 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210242043.1

申請日:

2012.07.13

公開號:

CN102739491B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):H04L 12/40申請日:20120713授權公告日:20150114終止日期:20150713|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 12/40申請日:20120713|||公開
IPC分類號: H04L12/40 主分類號: H04L12/40
申請人: 上海三一精機有限公司
發明人: 王政; 許微微; 張成瑞
地址: 201413 上海市奉賢區臨港工業園區兩港大道318號A座
優先權:
專利代理機構: 上海新天專利代理有限公司 31213 代理人: 王敏杰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210242043.1

授權公告號:

|||102739491B||||||

法律狀態公告日:

2016.08.31|||2015.01.14|||2012.12.12|||2012.10.17

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種以太網通信主站實現方法,包括以太網、主站和從站,所述主站通過連接裝置與所述以太網連接,并與所述通過所述以太網與所述主站連接的從站形成總線結構;該方法具體包括:步驟a,對主站進行初始化,并掃描總線;步驟b,對總線進行配置,同時監控總線的實時狀態;步驟c,總線進入正常運行階段,完成主站和從站間的數據通信工作。本發明的有益效果是:主站可以根據系統任務調度抖動、應用程序執行時間都懂來動態的調整下發指令的時間,保證了主站和從站讀寫數據節奏的一致性,這種方法對主站的實時性要求不會很高,隨著上層應用程序的執行時間的縮短,可以允許系統任務調度抖動會越來越大。

權利要求書

1.一種以太網通信主站實現方法,包括以太網、主站和從站,所述主站通過連接裝置與所述以太網連接,并與所述通過所述以太網與所述主站連接的從站形成總線結構;所述主站包括用于掃描并獲取所述從站信息的掃描模塊,,用于配置所述從站并監控所述總線結構實時狀態的操作模塊,以及用于實現定時中斷操作的定時模塊;其特征在于,具體包括:步驟a,對主站進行初始化,并掃描總線;步驟b,對總線進行配置,同時監控總線的實時狀態;步驟c,總線進入正常運行階段,完成主站和從站間的數據通信工作。2.如權利要求1所述的以太網通信主站實現方法,其特征在于,所述對主站進行初始化的具體步驟包括:步驟a1,創建并初始化主站;步驟a2,通過所述連接裝置使所述主站與所述以太網連接;步驟a3,通過發送數據幀的方式觸發所述掃描模塊掃描總線。3.如權利要求1所述的以太網通信主站實現方法,其特征在于,所述掃描總線的具體步驟包括:步驟aa,所述主站向總線發送一數據幀,并啟動所述掃描模塊;步驟ab,所述從站接收并處理所述數據幀,將處理結果返回所述主站的掃描模塊,同時觸發所述主站的接收中斷;步驟ac,所述掃描模塊接收所述處理結果,并根據所述處理結果分析所述從站的狀態,同時啟動所述操作模塊;步驟ad,所述操作模塊根據所述從站的系統時間確定所述主站的下發數據幀時間,初始化所述定時模塊;步驟ae,所述定時模塊啟動所述定時中斷操作,根據預設的時間間隔驅動所述主站向所述從站發送指令;步驟af,所述從站響應所述主站發送的指令后,所述數據幀返回所述主站并再次觸發所述主站的接收中斷,返回所述步驟ac。4.如權利要求3所述的以太網通信主站實現方法,其特征在于,所述配置總線的具體步驟包括:步驟b1,請求所述主站進入操作階段;步驟b2,創建用于周期性數據交換的域;步驟b3,根據所述掃描模塊接收的各從站的基本信息,填充各從站信息;步驟b4,激活所述主站并啟動所述操作模塊。5.如權利要求4所述的以太網通信主站實現方法,其特征在于,所述總線正常運行階段的具體步驟包括:步驟c1,所述操作模塊檢測總線上的各所述從站都進入操作階段后,通知所述主站進行數據傳輸;步驟c2,所述主站接收到數據幀后觸發接收中斷,并解析所述數據幀中的數據包;步驟c3,所述主站根據系統時間計算下次從站同步信號產生的時間,并以此確定主站下發指令的時刻,初始化定時器;步驟c4,所述主站根據所述定時模塊中確定的時刻向所述從站發送指令,所述從站響應所述指令后所述數據幀返回所述主站,并返回所述步驟c2。6.如權利要求5所述的以太網通信主站實現方法,其特征在于,在所述總線的正常運行階段中,當需要處理非周期性數據時,主站激活一非周期性數據通信線程,所述非周期性數據通信線程通過讀寫操作獲取非周期性數據。

說明書

一種以太網通信主站實現方法

技術領域

本發明涉及以太網技術領域,具體涉及一種以太網通信主站實現方法。?

背景技術

隨著以太網技術的日益廣泛推廣,應用于工業自動化領域的以太網——實時工業以太網,已成為工業控制現場總線技術的一個重要發展方向。市場上已有的實時工業以太網根據不同的實時性和成本要求分別使用了不同的實現原理,比較常見的實時以太網總線有Ethernet/IP、Modbus/TCP、Ethernet?Powerlink、EtherCAT、Profinet等。相比其他總線。EtherCAT總線采用集總幀的調度方式,在數據鏈路層和物理層都實現了微秒級的高實時性通信,可以達到小于100us的數據刷新周期,各個從站節點設備可以達到納秒級的時鐘同步精度;EtherCAT總線同時具有開放性好和實現成本低等特點,因而在工業自動化領域得到了廣泛的應用。?

EtherCAT總線采用特定的環狀拓撲發送數據,從站使用專門的控制器ESC(EtherCAT?Slave?Controller)實現主要功能,EtherCAT主站使用標準的以太網控制器,通過軟件可以實現主站的所有功能。實時操作系統上的軟主站通常采用輪詢調用網卡驅動方式實現總線通信,總顯得同步模式通常是各個從站同步參考時鐘從站,而參考時鐘從站同步于軟主站,由于整個系統都同步于軟主站,所以對主站操作系統的實時性要求比較高。通過該方法實現的軟主站在運行過程中經常會出現總線同步失敗、數據幀丟包等通信錯誤,特別是當操作系統實時性不高時,總線穩定性更差。?

發明內容

針對目前以太網技術存在的上述問題,本發明提供一種以太網通信主站實現方法的技術方案,具體包括:?

一種以太網通信主站實現方法,包括以太網、主站和從站,所述主站通過連接裝置與所述以太網連接,并與所述通過所述以太網與所述主站連接的從站形成總線結構;

所述主站包括用于掃描并獲取所述從站信息的掃描模塊,,用于配置所述從站并監控所述總線結構實時狀態的操作模塊,以及用于實現定時中斷操作的定時模塊;

其中,具體包括:

步驟a,對主站進行初始化,并掃描總線;

步驟b,對總線進行配置,同時監控總線的實時狀態;

步驟c,總線進入正常運行階段,完成主站和從站間的數據通信工作。

優選地,以太網通信主站實現方法,其中,所述對主站進行初始化的具體步驟包括:?

步驟a1,創建并初始化主站;

步驟a2,通過所述連接裝置使所述主站與所述以太網連接;

步驟a3,通過發送數據幀的方式觸發所述掃描模塊掃描總線。

優選地,以太網通信主站實現方法,其中,所述掃描總線的具體步驟包括:?

步驟aa,所述主站向總線發送一數據幀,并啟動所述掃描模塊;

步驟ab,所述從站接收并處理所述數據幀,將處理結果返回所述主站的掃描模塊,同時觸發所述主站的接收中斷;

步驟ac,所述掃描模塊接收所述處理結果,并根據所述處理結果分析所述從站的狀態,同時啟動所述操作模塊;

步驟ad,所述操作模塊根據所述從站的系統時間確定所述主站的下發數據幀時間,初始化所述定時模塊;

步驟ae,所述定時模塊啟動所述定時中斷操作,根據預設的時間間隔驅動所述主站向所述從站發送指令;

步驟af,所述從站響應所述主站發送的指令后,所述數據幀返回所述主站并再次觸發所述主站的接收中斷,返回所述步驟ac。

優選地,以太網通信主站實現方法,其中,所述配置總線的具體步驟包括:?

步驟b1,請求主站進入操作階段;

步驟b2,創建用于周期性數據交換的域;

步驟b3,根據掃描模塊接收的各從站的基本信息,填充各從站信息;

步驟b4,激活所述主站并啟動所述操作模塊。

優選地,以太網通信主站實現方法,其中,所述總線正常運行階段的具體步驟包括:?

步驟c1,所述操作模塊檢測總線上的各所述從站都進入操作階段后,通知所述主站進行數據傳輸;

步驟c2,所述主站接收到數據幀后觸發接收中斷,并解析所述數據幀中的數據包;

步驟c3,所述主站根據系統時間計算下次從站同步信號產生的時間,并以此確定主站下發指令的時刻,初始化定時器;

步驟c4,所述主站根據所述定時模塊中確定的時刻向所述從站發送指令,所述從站響應所述指令后所述數據幀返回所述主站,并返回所述步驟c2。

優選地,以太網通信主站實現方法,其中,在所述總線的正常運行階段中,當需要處理非周期性數據時,主站激活一非周期性數據通信線程,所述非周期性數據通信線程通過讀寫操作獲取非周期性數據。?

本發明的有益效果:?

主站可以根據系統任務調度抖動、應用程序執行時間都懂來動態的調整下發指令的時間,保證了主站和從站讀寫數據節奏的一致性,這種方法對主站的實時性要求不會很高,隨著上層應用程序的執行時間的縮短,可以允許系統任務調度抖動會越來越大。

附圖說明

圖1是本發明中的主站搭建結構示意圖;?

圖2是本發明一種以太網通信主站實現方法的流程示意圖;

圖3是本發明中對主站進行初始化的流程示意圖;

圖4本發明中掃描總線的流程示意圖;

圖5本發明中配置總線的流程示意圖;

圖6本發明中總線正常運行的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明,但不作為本發明的限定。?

如圖1所示一種以太網通信主站實現方法中搭建該以太網通信主站的結構示意圖,包括以太網、主站和從站,主站通過連接裝置與以太網連接,并與通過以太網與主站連接的從站形成總線結構;?

主站包括用于掃描并獲取從站信息的掃描模塊,,用于配置從站并監控總線結構實時狀態的操作模塊,以及用于實現定時中斷操作的定時模塊;

本發明的核心流程為:首先主站發送一個數據幀,該數據幀被各個從站處理并返回主站,同時觸發主站的接收中斷;該主站在中斷函數中完成數據接收后,通過對收到的參考時鐘從站的系統時間綜合分析,確定主站的下發數據時間,并初始化定時模塊;然后利用定時中斷操作驅動主站發送指令到各個從站,當從站響應主站指令后將數據幀返回主站,并再次觸發主站的接收中斷,進入下一個周期的處理。

上述主站實時讀取參考時鐘從站的系統時間,綜合分析主站系統任務調度、數據傳輸延時等因素并計算下次從站同步信號產生的時刻,這樣可以保證主站和從站讀寫數據節奏的一致性。?

如圖2所示,該通信主站的實現方法具體包括:?

步驟a,對主站進行初始化,并掃描總線;該步驟主要實現主站的初始化以及總線對各個從站的掃描;

步驟b,對總線進行配置,同時監控總線的實時狀態;在該步驟中主要完成總線配置信息初始化以及配置各個從站到操作狀態;

步驟c,總線進入正常運行階段,完成主站和從站間的數據通信工作;該步驟主要完成周期性和非周期性數據的傳輸工作。

如圖3所示,該實現方法中,對主站進行初始化的具體步驟包括:?

步驟a1,創建并初始化主站的各種數據結構和總線通信過程中用到的各種數據包;

步驟a2,通過連接裝置使主站與以太網連接;具體為主站加載網卡并打開網卡;

步驟a3,通過發送數據幀的方式觸發掃描模塊掃描總線。

如圖4所示,該以太網通信主站實現方法中,掃描總線的具體步驟包括:?

步驟aa,主站向總線發送一數據幀,并啟動掃描模塊;

步驟ab,從站接收并處理數據幀,將處理結果返回主站的掃描模塊,同時觸發主站的接收中斷;

步驟ac,掃描模塊接收處理結果,并根據處理結果分析從站的狀態,同時啟動操作模塊;

步驟ad,操作模塊根據從站的系統時間確定主站的下發數據幀時間,初始化定時模塊;

步驟ae,定時模塊啟動定時中斷操作,根據預設的時間間隔驅動主站向從站發送指令;

步驟af,從站響應主站發送的指令后,數據幀返回主站并再次觸發主站的接收中斷,返回步驟ac。

如圖5所示,該以太網通信主站實現方法中,配置總線的具體步驟包括:?

步驟b1,請求主站進入操作階段;

步驟b2,創建用于周期性數據交換的域;

步驟b3,根據掃描模塊接收的各從站的基本信息,填充各從站信息;

步驟b4,激活主站并啟動操作模塊,并激活操作模塊中的操作線程;

步驟b5,修改總線狀態,并標識為配置狀態。

步驟b4中的操作線程主要負責監測總線的運行狀態,并根據非周期性數據通信線程的請求人物,提供相應的郵箱通信服務;總線通信的建立主要通過操作線程驅動主站狀態機和從站狀態機,并配合網卡的中斷操作和定時模塊中的收發函數完成。?

如圖6所示,該以太網通信主站實現方法中,總線正常運行階段的具體步驟包括:?

步驟c1,操作模塊檢測總線上的各從站都進入操作狀態后,通知主站進行數據傳輸;

步驟c2,主站接收到數據幀后觸發接收中斷,并解析數據幀中的數據包;

步驟c3,主站通過讀取參考時鐘從站的系統時間,計算下次從站同步信號產生的時間,并以此確定主站下發指令的時刻,同時初始化定時模塊;

步驟c4,上層應用分析和處理數據;

步驟c5,主站根據定時模塊中確定的時刻向從站發送指令,從站響應指令后數據幀返回主站,并返回步驟c2。

在總線的正常運行階段中,當需要處理非周期性數據時,主站激活一非周期性數據通信線程,非周期性數據通信線程通過讀寫操作獲取完成對從站郵箱數據的通信(即非周期性數據的通信);由于讀寫操作的實現方式是阻塞類型,所以不能在實時線程中調用;當總線沒有郵箱數據通信任務時,該線程處于掛起狀態,如果上層應用需要郵箱數據通信則可以在實時線程中激活該線程,該線程完成通信任務后又會自動化器,等待下一次服務請求。?

以上所述僅為本發明較佳的實施例,并非因此限制本發明的申請專利范圍,所以凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等效結構變化,均包含在本發明的保護范圍內。?

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