一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統的製作方法

2023-05-28 17:18:04

1.本發明屬於工業現場總線實現領域，更具體地，涉及一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統。


背景技術：

2.專利cn205563239u公開一種兼有工業實時乙太網和現場總線的一體式小型plc，所述plc上設置有工業實時乙太網埠2個，現場總線埠1個。plc使得一體式小型plc兼有乙太網和現場總線。但基於plc的特定平臺，無法保證硬體通用性，更不能在非plc的場合下適配使用。
3.專利cn102621974a公開基於通信總線的工業自動化實時控制裝置及控制方法，實現了在fpga晶片上集成驅動與物理層模塊，實現一種基於通信總線的工業自動化實時控制裝置，但只能fpga平臺上利用並行化的硬體電路實現，無法適配作業系統，只能作為定製化系統使用。
4.專利cn1655155a公開一種工業總線監控系統及其控制軟體，在傳統plc總線基礎上開發組態總線軟體，實現了配置與組態功能合一，降低了總線組態軟體的複雜度，但同樣基於plc的框架導致無法適用於作業系統場合。
5.綜上，目前的工業現場總線實現方案主要採用plc或者定製化電路的路線，但導致無法適用通用作業系統的場合。


技術實現要素：

6.針對現有技術的缺陷，本發明的目的在提供一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，旨在解決現有工業現場總線實現方案無法兼具實時性與可移植性，通用性差的問題。
7.為實現上述目的，本發明提供了一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，所述系統包括：
8.ethercat實時驅動模塊，用於接收到應用層發送的控制指令、發送指令或者接收指令後，經過內部封裝，通過構建周期性定時中斷發送給網卡驅動模塊；在接收到乙太網驅動模傳輸的協議數據後，按照ethercat協議再次解析，得到用戶所需要的從站信息；
9.乙太網驅動模塊，用於接收中斷截獲模塊傳輸的協議數據，按照通用網絡協議棧要求，對數據進行解析後，發送給ethercat實時驅動模塊；
10.中斷截獲模塊，用於接收網卡驅動模塊傳輸的數據後，識別工業現場總線的中斷源，根據綁定的工業現場總線中斷源的序號，進行調用對應的乙太網驅動；
11.網卡驅動模塊，用於接收ethercat實時驅動模塊傳輸的數據，解析後按照指令發送給網卡；接收到網卡傳輸的數據後，mac層數據解析後，發送給中斷截獲模塊。
12.優選地，所述ethercat實時驅動模塊通過構建周期性定時中斷任務，來實現主從站之間的循環命令，其周期性定時中斷遵循先進先出的調度規則。
13.優選地，所述ethercat實時驅動模塊提供對工業現場總線的操作接口，操作接口具體包括：對從機設備的讀寫操作接口、對主機狀態的切換操作接口、對通訊數據的收發管理接口。
14.優選地，所述中斷截獲模塊通過在事先分配特定中斷號的方式，構建專屬中斷源，當預先綁定的中斷源發生中斷時，遵循特定中斷優先級最高的設定，優先獲取系統控制權。
15.優選地，所述乙太網驅動模塊在完成數據解析轉發後，將獲得的系統控制權交還給系統調度。
16.總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：
17.本發明提出一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，在採用通用作業系統的mips平臺下設計實時總線的驅動來操作，包括：實時驅動層完成對ethercat協議的封裝，能夠按照根據工業現場總線標準協議完成主從機之間的正常通訊；通過加入中斷截獲層，對網卡驅動進行實時性改造，所述中斷截獲層通過分配固定的中斷號，能夠區分正常非實時中斷源，以及工業現場總線中斷源，當中斷發生時，則能夠對該中斷進行截獲，並快速處理轉發給上層驅動程序，提高實時性能；在網卡硬體層面能進行數據收發的功能，並且向上暴露出的能夠進行原始數據收發網絡包的接口，因此具有更好的通用性，使得驅動兼具實時性與可移植性，滿足廣泛的實時應用需求。
附圖說明
18.圖1為本發明提供的一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統框圖。
具體實施方式
19.為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
20.如圖1所示，本發明提供了一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，所述系統包括：
21.ethercat實時驅動模塊，用於接收到應用層發送的控制指令、發送指令或者接收指令後，經過內部封裝，通過構建周期性定時中斷發送給網卡驅動模塊，主要包括主站命令；在接收到乙太網驅動模傳輸的協議數據後，按照ethercat協議再次解析，得到用戶所需要的從站信息。
22.在工業現場總線的實時驅動層完成對ethercat協議的封裝，提供對工業現場總線的操作接口，該接口包括向下對接通用網卡驅動中暴露出的能夠進行原始數據收發網絡包，以及對工業現場總線ethercat協議中主機從機的狀態控制，讀寫，切換等操作；能夠按照根據工業現場總線標準協議完成主從機之間的正常通訊。
23.乙太網驅動模塊，用於接收中斷截獲模塊傳輸的協議數據，按照通用網絡協議棧要求，對數據進行解析後，發送給ethercat實時驅動模塊。
24.中斷截獲模塊，用於接收網卡驅動模塊傳輸的數據後，讀取mips架構下cause寄存器獲取中斷，快速識別工業現場總線的中斷源後，根據綁定的工業現場總線中斷源的序號，
進行調用對應的乙太網驅動。
25.網卡驅動模塊，用於接收ethercat實時驅動模塊傳輸的數據，解析後按照指令發送給網卡；接收到網卡傳輸的數據後，mac層數據解析後，發送給中斷截獲模塊。
26.優選地，所述ethercat實時驅動模塊通過構建周期性定時中斷任務，來實現主從站之間的循環命令，其周期性定時中斷遵循先進先出的調度規則，保證了協議的實時性與確定性。
27.優選地，所述ethercat實時驅動模塊提供對工業現場總線的操作接口，操作接口具體包括：對從機設備的讀寫操作接口、對主機狀態的切換操作接口、對通訊數據的收發管理接口。
28.優選地，所述中斷截獲模塊通過在事先分配特定中斷號的方式，構建專屬中斷源，當預先綁定的中斷源發生中斷時，遵循特定中斷優先級最高的設定，優先獲取系統控制權，並提升對應用戶線程的優先級，保證系統實時性。
29.優選地，所述乙太網驅動模塊在完成數據解析轉發後，將獲得的系統控制權交還給系統調度，避免一直佔據系統控制權。
30.本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同均應包含在本發明的保護範圍之內。


技術特徵：
1.一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，其特徵在於，所述系統包括：ethercat實時驅動模塊，用於接收到應用層發送的控制指令、發送指令或者接收指令後，經過內部封裝，通過構建周期性定時中斷發送給網卡驅動模塊；在接收到乙太網驅動模傳輸的協議數據後，按照ethercat協議再次解析，得到用戶所需要的從站信息；乙太網驅動模塊，用於接收中斷截獲模塊傳輸的協議數據，按照通用網絡協議棧要求，對數據進行解析後，發送給ethercat實時驅動模塊；中斷截獲模塊，用於接收網卡驅動模塊傳輸的數據後，識別工業現場總線的中斷源，根據綁定的工業現場總線中斷源的序號，進行調用對應的乙太網驅動；網卡驅動模塊，用於接收ethercat實時驅動模塊傳輸的數據，解析後按照指令發送給網卡；接收到網卡傳輸的數據後，mac層數據解析後，發送給中斷截獲模塊。2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述ethercat實時驅動模塊通過構建周期性定時中斷任務，來實現主從站之間的循環命令，其周期性定時中斷遵循先進先出的調度規則。3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述ethercat實時驅動模塊提供對工業現場總線的操作接口，操作接口具體包括：對從機設備的讀寫操作接口、對主機狀態的切換操作接口、對通訊數據的收發管理接口。4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述中斷截獲模塊通過在事先分配特定中斷號的方式，構建專屬中斷源，當預先綁定的中斷源發生中斷時，遵循特定中斷優先級最高的設定，優先獲取系統控制權。5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述乙太網驅動模塊在完成數據解析轉發後，將獲得的系統控制權交還給系統調度。

技術總結
本發明公開了一種mips架構下的實時工業現場總線驅動系統，屬於工業現場總線實現領域。包括：EtherCAT實時驅動模塊，用於接收到指令後，經過內部封裝，構建周期性定時中斷發送給網卡驅動模塊；接收乙太網驅動模傳輸的協議數據，按照EtherCAT協議解析，得到從站信息；乙太網驅動模塊，用於接收中斷截獲模塊傳輸協議數據，按照通用網絡協議棧要求，對數據進行解析後，發送給EtherCAT實時驅動模塊；中斷截獲模塊，用於接收網卡驅動模塊傳輸數據，識別工業現場總線的中斷源，根據綁定的工業現場總線中斷源的序號，調用對應乙太網驅動；網卡驅動模塊，用於接收EtherCAT實時驅動模塊傳輸數據，解析後按照指令發送給網卡；接收到網卡傳輸數據，mac層數據解析後，發送給中斷截獲模塊。塊。塊。


技術研發人員：餘學俊 何德威 高毅 龔珊珊
受保護的技術使用者：中國船舶集團有限公司第七〇九研究所
技術研發日：2022.11.30
技術公布日：2023/3/28