一種高速可配置串行現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.pdf

1、隨著控制、通信技術(shù)的發(fā)展,以信息交換為核心的現(xiàn)場(chǎng)總線得到迅猛的發(fā)展,迅速覆蓋了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備到控制、管理的各個(gè)層次,成為自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherMAC(Ethemet for Manufacture AutomationControl)的低成本邏輯控制功能擴(kuò)展,本文提出一種基于FPGA的高速可配置串行現(xiàn)場(chǎng)總線(HRSFB,High-speed Reconfigurable Serial Field Bus)

2、,用于擴(kuò)展數(shù)字量、模擬量等功能。為EtherMAC在I/O數(shù)量較多的場(chǎng)合的應(yīng)用提供實(shí)時(shí)理論和關(guān)鍵技術(shù)支撐。
　　本文在對(duì)HRSFB總線的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行需求分析后,給出了總線的設(shè)計(jì)要求:盡可能低的成本實(shí)現(xiàn)10Mbps的通信速率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量、模擬量等擴(kuò)展功能。然后提出了HRSFB總線的實(shí)現(xiàn)方案:基于FPGA的整體方案,并分析了該方案的優(yōu)勢(shì)。介紹了EtherMAC總線,根據(jù)EtherMAC總線和HRSFB總線的數(shù)據(jù)交互要求,給出了HR

3、SFB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參考模型和通信協(xié)議,其中通信協(xié)議包括物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議。在鏈路層協(xié)議中給出了總線的報(bào)文結(jié)構(gòu)和錯(cuò)誤處理方法。在應(yīng)用層協(xié)議中設(shè)計(jì)了總線的應(yīng)用層接口以及API函數(shù)。詳細(xì)給出了總線的主從節(jié)點(diǎn)的通信過程,包括配置過程、輪詢工作過程和廣播工作過程。重點(diǎn)對(duì)主從節(jié)點(diǎn)的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)施方法和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要包括主從節(jié)點(diǎn)的整體架構(gòu)、各個(gè)邏輯模塊的功能、頂層狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)、配置過程狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)、工作過程狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法等

4、。
　　為驗(yàn)證本文的方法和技術(shù)的有效性,給出了基于HRSFB總線的賈卡經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。首先通過對(duì)經(jīng)編機(jī)和賈卡梳控制要求的功能分析,對(duì)控制系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后對(duì)EtherMAC節(jié)點(diǎn)、HRSFB節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊的硬件應(yīng)用本文的方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并設(shè)計(jì)了EtherMAC總線在Windows CE下的控制程序和HRSFB總線在Nios Ⅱ下的控制程序。
　　通過本課題的設(shè)計(jì)驗(yàn)證了HRSFB現(xiàn)場(chǎng)總線工作穩(wěn)定、通信可靠,滿