[发明专利]基于ARM的嵌入式实时EtherCAT主站构建方法

说明书

本发明涉及基于ARM的嵌入式实时EtherCAT主站构建方法，通过CPU与ARM共用FPGA内存，实现CPU与ARM之间的数据通讯，包括以下步骤：主站进行初始化；CPU发送控制指令至FPGA的内存中，ARM从FPGA中获取控制指令与从站进行周期性通讯或非周期性通讯。本发明节约成本。本发明使用LPC4330高性能嵌入式处理器，可在原有PCI总线基础上进行更改，相比于传统基于工业PC机实现EtherCAT主站更具有成本优势。本发明实现的嵌入式EtherCAT主站可以直接集成在嵌入式系统中使用，无需修改原有数控系统软件。减轻主机运算任务，降低CPU使用率，提升运行速度。本发明实现的嵌入式EtherCAT主站可以分担由协议产生的分布时钟、状态机以及帧运算等所产生的程序任务。

技术领域

本发明涉及数控技术领域，尤其涉及构建嵌入式实时EtherCAT主站的技术领域，具体涉及一种基于LPC4330处理器构建嵌入式实时EtherCAT主站的方法。

背景技术

传统现场总线通过模拟量控制方式，对DA电压，编码器反馈位置等进行控制。但是这种控制方式受环境干扰明显，且存在安装方式不灵活，调试麻烦，控制不准确，线缆成本高，系统设计复杂和驱动器从站设备数量受限等缺点。

实时工业以太网因其传输速度快，数据包容量大，传输距离远，实时性高和开放互联的特点，被越来越多的应用到了数控领域。德国Beckhoff公司提出的EtherCAT(Ethernetfor Control Automation Technology)便是其中的一种，它具有高性能、低成本、应用简单、拓扑灵活的特点，并且支持100Mbps全双工，有效数据率可达90％以上，可以极大的提高数控系统的性能。

现有的EtherCAT主站的实现方案大部分是采用倍福公司在Windows操作系统下基于PC机的解决方案，当然也有基于Linux操作系统和Android操作系统的嵌入式解决方案。其硬件方案绝大部分采用处理器CPU外扩网卡的芯片的通用体系架构，CPU用来分别处理EtherCAT协议的数据链路层和应用层。但是现有的这种EtherCAT主站实现方案利用CPU和网卡配合来处理数据帧的收发操作，降低了数据帧收发的稳定性，同时网卡单缓存的操作模式也降低了数据收发的效率，造成了应用于工业环境的稳定性问题和效率问题。其次，这种主站方案的EtherCAT主站不能广泛地兼容各种操作系统，移植难度较大，造成了平台资源的兼容性问题。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提出了一种基于LPC4330处理器构建嵌入式实时EtherCAT主站的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于ARM的嵌入式实时EtherCAT主站构建方法，通过CPU与ARM共用FPGA内存，实现CPU与ARM之间的数据通讯，包括以下步骤：

主站进行初始化；

CPU发送控制指令至FPGA的内存中，ARM从FPGA中获取控制指令与从站进行周期性通讯或非周期性通讯。

所述主站进行初始化具体为ARM从FPGA中获取从站信息，装载初始化命令、通过状态机进行初始化，包括：

进入初始化状态：ARM检测从站个数；如果个数与设定值不同，则重复检测从站个数；如相同，则执行初始化状态向预运行状态转化步骤；

初始化状态向预运行状态转化：主站配置从站站点地址；配置邮箱通道参数；若收到从站返回的状态帧为预运行状态，则主站进入预运行状态，否则返回初始化状态向预运行状态转化步骤；

预运行状态：检测FPGA中CPU发送的状态命令，若状态命令值表示预运行状态，则返回检测FPGA步骤；否则，进入预运行状态向安全运行状态转化步骤；