[发明专利]一种基于FPGA的PROFIBUS-DP从站控制系统

说明书

本发明提供了一种基于FPGA的PROFIBUS‑DP从站控制系统，PROFIBUS‑DP从站和PROFIBUS‑DP主站连接到PROFIBUS‑DP总线上，包括FPGA芯片和若干扩展外设，所述FPGA芯片连接所述扩展外设和所述PROFIBUS‑DP总线；在所述FPGA芯片中，通过逻辑设计实现了逻辑模块和MCU软核，所述逻辑模块接收所述PROFIBUS‑DP总线发送的数据并对所述PROFIBUS‑DP总线发送的数据进行预处理后发送至所述MCU软核，所述MCU软核对所述逻辑模块发送的数据进行解析，并根据解析数据执行对所述PROFIBUS‑DP主站、所述扩展外设和自身的控制；本发明具有高速率、成本低、灵活性高和易扩展的特性。

技术领域

本发明涉及数据通信与控制技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的PROFIBUS-DP从站控制系统。

背景技术

过程现场总线(PROFIBUS，Process Field Bus)是一种完全开放的，广泛应用于工厂自动化、流程自动化的国际标准总线协议，用于实现监控和现场设备层数据通信与控制。根据适用对象和场合，以及使用规范上的不同，PROFIBUS分为三种类型：PROFIBUS-FMS（现场总线信息规范）， PROFIBUS-DP（分布式周边），PROFIBUS-PA（过程自动化）。其中，DP(Decentralized Periphery)经过优化、专门用于现场 I/O 设备与自动控制系统之间数字高速率通信，数据传输速率范围9.6Kbit/s~12Mbit/s；在实际应用中，90%的PROFIBUS用量属于DP的使用量，因此DP技术在PROFIBUS 中最具影响力。

PROFIBUS-DP从站系统包含硬件电路部分和软件控制部分，其中硬件电路部分保证通信芯片的正常工作和信号传输质量，软件控制部分主要分为PROFIBUS-DP的初始化和正常数据通信的控制。

作为完全开放的协议，现有的PROFIBUS-DP从站控制系统的设计主要包括以下三种情况：

1、使用单片机实现PROFIBUS-DP从站控制系统的设计，适用于简单、低速的场合，无法满足高速率通信；

2、使用专用通信协议芯片与CPU/FPGA芯片结合或者使用CPU芯片与FPGA芯片内软核、硬核结合实现PROFIBUS-DP从站控制系统的设计，虽然功能完整，但专用通信协议芯片成本较高，灵活性有限，并且两种芯片在硬件设计上占用PCB板空间较大；

3、使用FPGA芯片内部逻辑实现PROFIBUS-DP从站控制系统的设计，单纯使用Verilog硬件语言实现，但由于硬件语言的特点导致整个框架的灵活性欠缺，不便于进行应用的扩展开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的PROFIBUS-DP从站控制系统，具有高速率、成本低、灵活性高和易扩展的特性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于FPGA的PROFIBUS-DP从站控制系统，PROFIBUS-DP从站和PROFIBUS-DP主站连接到PROFIBUS-DP总线上，其特征在于，包括FPGA芯片和若干扩展外设，所述FPGA芯片连接所述扩展外设和所述PROFIBUS-DP总线；

在所述FPGA芯片中，通过逻辑设计实现了逻辑模块和MCU软核，所述逻辑模块接收所述PROFIBUS-DP总线发送的数据并对所述PROFIBUS-DP总线发送的数据进行预处理后发送至所述MCU软核，所述MCU软核对所述逻辑模块发送的数据进行解析，并根据解析数据执行对所述PROFIBUS-DP主站、所述扩展外设和自身的控制。

可选的，所述MCU软核根据所述解析数据将自身存储的数据和/或获取的所述扩展外设的数据发送至所述逻辑模块。