[發明專利]一種基于FPGA的4G?PROFIBUS嵌入式系統網關設備

在審

• 申請號: 201710562958.3
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107124358A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 周原;于樂;劉明山;李曉坤;肖文萍;高鳳喜
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H04L12/66
• 分類號: H04L12/66;H04L29/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 李榮武

技術領域

本發明涉及計算機技術、信息通信技術以及自動控制技術領域，尤其是用來實現PROFIBUS-DP與4G兩種異構網絡互聯接入的一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式網關設備。

背景技術

隨著“互聯網+”、“移動互聯網”、“工業4.0”的提出和發展，利用無處不在的移動4G網和廣泛使用的無線客戶端對工業網絡中現場設備進行實時監控，可以為企業管理者和工程技術人員隨時掌控和調試設備帶來極大便利。

將工業生產過程的實時信息通過4G網接入Internet，在一定條件下就可以通過移動4G網絡監視并管理生產系統和現場設備的運行狀態和各種參數。管理人員可以遠程監控設備及生產運行情況、根據經營需要及時發出調度指令。技術人員可以根據查詢到的實時信息來判斷設備工作狀態、調整和優化生產過程、及時檢測設備故障并診斷。移動4G網絡、嵌入式網關和無線客戶端在PROFIBUS-DP遠程監控系統的應用，可以將現場設備系統、現場控制系統及企業信息管理系統有機結合起來，并實現對現場總線的遠程實時監控。

為了實現通過移動4G網絡對工業現場總線的實時監控，設計了一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式系統網關設備。

發明內容

本發明是為了解決利用4G網絡實現遠程監控PROFIBUS現場設備而提供的一種基于FPGA的4G-PROFIBUS-DP的嵌入式網關，該設備能夠很好地實現移動4G網絡與PROFIBUS-DP的互聯通信，從而將PROFIBUS工控網絡通過移動4G網絡接入互聯網。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種基于FPGA的4G-PROFIBUS的嵌入式系統網關設備，特點是：該設備包括FPGA核心架構模塊、電源電路模塊、USB接口模塊、JTAG接口模塊、復位電路模塊、FLASH模塊、RS232接口模塊及SDRAM模塊，FPGA分別與電源電路模塊、RS232接口模塊、JTAG接口模塊、復位電路模塊、USB接口模塊、FLASH模塊以及SDRAM模塊相連接，電源電路模塊為FPGA核心架構模塊進行供電。JTAG接口模塊主要用于程序下載和燒寫FLASH。

所述FPGA核心架構模塊包括FPGA芯片及由Nios II搭建的處理核心，以實時處理網絡數據，并對網絡數據包進行轉換、過濾、分包操作。

所述USB接口模塊使用CH376S芯片文件管理控制芯片來實現FPGA對SD卡或U盤的讀寫。

所述JTAG接口模塊是四線TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線；主要用于程序下載和燒寫FLASH，同時JTAG接口還負責連接JLINK仿真器，用于嵌入式開發的調試。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)、通過FPGA處理網絡數據的方案，相對傳統的通過Linux操作系統處理的方案，該方案具有并行處理、數據處理速度快、集成度高、內部硬件模塊可定義、靈活性大的特點。

(2)、本發明將4G移動通信技術應用到工業網絡中，實現對PROFIBUS-DP現場設備的遠程監控，解決了有線監控布線繁瑣、成本高的缺點。

附圖說明

通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容,并且隨著對本發明專利的更全面理解,本發明專利的其它目的及結果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1為本發明專利一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式系統網關設備結構示意圖；

圖2為本發明專利一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式系統網關設備工作流程圖；

圖3為本發明專利一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式系統網關設備的應用系統連接示意圖

其中：1.云計算模塊，2.LTE，3.一種基于FPGA的4G-PROFIBUS嵌入式系統網關設備,4.PROFIBUS網絡，5.PROFIBUS現場設備，6.應用平臺，7.數據服務器。

具體實施方式

為了加深對本發明專利的理解，下面將結合實施例對本發明專利作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明專利，并不構成對本發明專利保護范圍的限定。