[发明专利]一种基于FPGA技术实现PROFIBUS-PA总线通信的方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA技术实现PROFIBUS‑PA总线通信的方法，步骤：①在FPGA芯片中实现了PA通信链路层、曼彻斯特编码调制解调、报文解析与拼接、共享存储器DPRAM、通信接口等功能；②接收的PA总线标准电平信号通过外围驱动电路进入FPGA芯片被解调为PA总线报文，发送的总线报文由FPGA芯片调制为曼彻斯特编码后由外围驱动电路转换为PA总线标准电平信号；③FPGA芯片实现了标准PROFIBUS通信状态机制；④FPGA芯片和微控制单元MCU之间通过通信接口完成共享存储器DPRAM中各种数据的相互传输；⑤上电后，微控制单元MCU将PA从站初始化信息通过共享存储器DPRAM发送给FPGA芯片；⑥FPGA芯片按照获得的PA从站初始化信息完成总线通信。本发明实现了一种以低功耗FPGA芯片为核心技术实现PROFIBUS‑PA通信的方法。

技术领域

本发明属于一种网络通信技术。具体属于应用于为非总线设备提供一种实现PROFIBUS-PA总线通信接口的方案，是通过FPGA技术实现PROFIBUS-PA总线通信，使得现场设备仪表可作为PA从站存在于PROFIBUS总线上的方法。

背景技术

PROFIBUS现场总线是当今应用广泛的通信协议，而目前主要应用的PROFIBUS现场总线可分为两种，分别为PROFIBUS DP和PROFIBUS-PA。

其中PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使现场仪器仪表连接在同一条PROFIBUS总线上。与PROFIBUS-DP不同，PROFIBUS-PA通信波特率为31.25K，且PA总线标准电平信号以曼彻斯特编码在总线物理层上传输。

目前，已存在多种成熟的PROFIBUD-DP从站通信接口开发方案，但PROFIBUS-PA从站通信接口的开发方案很少。这些现有的开发方案中通常使用了国外的ASIC芯片，开发方案复杂，成本昂贵，缺乏技术支持。为了促进国产设备的总线化，提高国产设备的竞争力，为国内制造商提供本低成本，低功耗、可用户自行快速开发的PROFIBUS-PA从站通信接口开发方案，本发明提供了一种以FPGA芯片为核心技术，配合微控制单元MCU和外围驱动电路实现标准PROFIBUS-PA从站通信接口的方法。PROFIBUS-PA总线通信的曼彻斯特编码调制解调、标准DPV0/V1通信状态机制的实现、各种通信数据在FPGA芯片与用户微控制单元MCU之间的传输、低功耗的实现、以及多种通信接口的实现都是此方案中的开发难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA技术实现PROFIBUS-PA总线通信的方法，解决非现场总线设备无法连接至PROFIBUS-PA网络与PROFIBUS主站通信的问题，实现了为非现场总线设备提供PROFIBUS-PA从站通信接口等技术问题，为国内制造商提供一种低成本，低功耗，更简单的PROFIBUS-PA从站通信接口开发方案。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的方法，其硬件设备包括：FPGA芯片和微控制单元MCU，其中共享存储器DPRAM内置于FPGA芯片中，本发明包括以下步骤：

步骤①：在FPGA芯片中，实现了标准PROFIBUS通信状态机制模块、曼彻斯特编码调制解调模块、报文解析模块、报文拼接模块、共享存储器DPRAM模块和通信接口模块；

其中，标准PROFIBUS通信状态机制模块负责在接收到总线报文之后，判断接收到的报文是否正确合理，并跳转到符合PROFIBUS通信标准的通信状态，并根据当前通信状态给出响应总线报文；

曼彻斯特编码调制解调模块负责在接收到经过外围驱动电路进入FPGA芯片的PA总线标准电平信号后按曼彻斯特编码完成解调，并在得到需要发送到PROFIBUS-PA总线上的报文时，将报文调制为曼彻斯特编码；

报文解析模块负责在得到经过曼彻斯特编码解调的总线报文后，按照PROFIBUS总线报文格式对报文进行解析，以确定接收到的总线报文类型，并获取报文中的通信数据；