[發明專利]一種基于SOPC的EPA現場控制器

無效

• 申請號: 200710092803.4
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101135889A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 向敏;王平;付蔚;吳鴻岑;周濤;鄭鳴;劉哲;楊夏
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04;G05B19/418
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及通信技術、計算機技術和自動控制技術，具體涉及一種工業網絡現場控制器。

背景技術

以太網技術的開放性、互聯性與網絡帶寬等優勢和自動化領域中日益增長的需求使得以太網在工業控制領域得以推廣應用。隨著以太網技術的飛速發展，工業以太網EPA漸漸成為自動化控制系統里主流的高速率的通信方式，工業以太網技術已經成為一個獨立發展的分支。EPA是適用于工業自動化控制系統裝置與儀器儀表間、工業自動化儀器儀表相互間數據通信的工業控制網絡通信標準。

目前，大量的EPA現場設備都是通過加裝EPA通信卡來進行通信，該通信卡的處理器多數采用ARM核。采用ARM核處理器的硬件開發平臺并不完全針對工業以太網的應用情況，因為芯片設計公司并不完全熟悉工業以太網的需要。因此在實際應用當中經常出現硬件資源浪費或資源不夠的問題，并且開發系統往往需外接PLD(Programmble?Logic?Device可編程邏輯器件)芯片來進行外圍器件的邏輯控制，存在接口速率的瓶頸問題。而采用SOPC(可編程片上系統)技術能解決這個難題。

近年來，隨著半導體技術的飛速發展，傳統的芯片設計方法正在進行一場革命，其標志就是系統級芯片(SOC)被業界廣泛接受，并成為研究和開發的熱點。隨著SOC技術應運而生的是SOPC技術。它結合了SOC和FPGA(現場可編程邏輯門陣列)的優點，既是片上系統(SOC，System?on?a?Chip)，即由整個芯片完成整個系統的主要邏輯功能；又是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統中可編程的功能。SOPC的巨大吸引力來自于能夠提供更好的性能以及更低的功耗，有效節省電路板空間并降低產品的總成本，因此電子工業正在向SOPC設計轉移，使SOPC成為現代電子系統的最佳選擇之一。

發明內容

本發明針對現有工業以太網EPA(Ethernet?for?Plan?tAutomation)現場控制器中通信卡處理器采用ARM核，存在不能合理分配硬件、軟件資源，接口速率存在瓶頸的上述缺陷，在充分研究EPA網絡通信和SOPC技術的基礎上，設計了一種基于可編程片上系統SOPC技術的EPA控制器，在可編輯軟核的CPU處理器上實現了實時操作系統及EPA通訊協議棧。本控制器應用于EPA工業現場控制中，對EPA系統中其他設備的狀態進行檢測、控制、實時顯示和報警。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是，采用SOPC技術、現場總線技術和自動控制技術，設計一種適用于EPA工業以太網、采用實時操作系統開發的嵌入式多任務通信控制器。本控制器作為控制系統中連接管理網、控制網和現場設備的單元，負責對現場信息的處理、控制運算和實時輸出。采用可編輯軟核的CPU模塊NIOS?II實現實時操作系統及EPA通訊協議棧模塊功能，對EPA通信協議棧進行裁剪構成EPA通訊協議棧模塊完成對EPA報文的解析，定制全功能定時器實現與主時鐘的同步，定制通信接口、定制以太網控制器接口，實現EPA協議棧物理層和鏈路層的報文收發，并針對工業現場對EPA控制器的實際需求定制各種運算指令，在NIOS?II和外設接口之間采用Avalon總線進行連接。本控制器包括主處理模塊、輔助處理模塊、顯示模塊。其中，主處理模塊作為控制器的核心負責完成數據的存儲以及分析處理等功能，包括EPA通信協議棧模塊、監控模塊、報警模塊；輔助處理模塊作為控制器的通信接口，完成以太網數據的收發以及無線數據的協議轉換，其包括以太網接口模塊，無線接入模塊；顯示模塊作為控制器的人機交互界面負責把經主處理模塊處理后的數據通過液晶顯示屏顯示，并可通過鍵盤輸入相關的控制指令。