CN103825697B - 基于PowerLink的多主站同步方法及*** - Google Patents
基于PowerLink的多主站同步方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于PowerLink的多主站同步方法，包括：通过FPGA内多个软核实现多个主站控制器；通过FPGA片内资源实现与多个主站控制器对应的基于PowerLink协议栈的MAC核；通过FPGA内部的SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步；由MAC核控制的SOC同步帧不再由PowerLink协议栈从上至下控制，MAC驱动模块不控制SOC发送。通过本发明提供的同步方法，同步精度较现有技术通过软件实现同步的精度高，而且具有低抖动性，能满足大多数多轴控制要求。
Description
技术领域
本发明涉及适用于多轴运动控制的同步方法及***，尤其涉及一种基于PowerLink的多主站同步方法及***。
背景技术
PowerLink是一种开源的工业以太网协议，因此在存在多主站需要同步的情况下，能够通过对协议栈源码的修改来实现，这种同步精度显然比额外采用同步协议等要高。一般情况下，基于工业以太网的多轴控制方案，若仅有一个主站，各工业以太网协议都实现了运动轴作为从站的同步。但是，若存在多个主站，各个主站都带有一定数量的从站，要实现所有从站的同步，就必须考虑主站的同步。各主站之间进行同步，显然需要额外的通信，根据所需同步精度不同，可进行简单通信同步或者实现一些同步协议。
如图1所示，各主站通过工业以太网连接N个轴（即从站），工业以太网协议都能保证这N个轴的同步，但是不同主站所接轴的同步却不是工业以太网协议所能保证的。主站之间的同步通信方法有很多，如Profibus-DP总线方案是通过将所有主站也用Profibus-DP连接起来，在各主站之间额外利用一个令牌环来控制主站对总线的使用权。而且，采用这种方法还需要一个额外的从站作为中间环节来保证主站之间的通信，因为主站之间不能直接进行通信。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于PowerLink的多主站同步方法，尤其是基于特定工业以太网PowerLink的多主站同步方法，通过将多个主站都集成在FPGA中，简化了主站的通信及同步等。首先，主站通过FPGA的软核来实现，只要FPGA资源足够，就能实现多个软核，于是多个主站控制器都可以集成在FPGA内部。
具体实施方案如下：
一种基于PowerLink的多主站同步方法，包括：
通过FPGA内多个软核实现多个主站控制器；
通过FPGA片内资源实现与多个主站控制器对应的基于PowerLink协议栈的MAC核；
通过FPGA内部的SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步；
其特征在于：
由MAC核控制的SOC同步帧不再由PowerLink协议栈从上至下控制，MAC驱动模块不控制SOC发送。
优选的，所述PowerLink协议栈由SOC同步帧进行从站的同步。
优选的，所述多个主站控制器的MAC核不能自主发送SOC同步帧，且所述多个主站控制器的SOC发送控制模块不能完全控制SOC发送，而是通过与SOC同步控制逻辑模块的交互，完成对SOC发送的控制，调整各主站控制器的SOC发送时间。
优选的，各主站控制器的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，所述SOC同步控制逻辑模块将其中一个主站控制器的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站控制器的发送时间以实现同步。
优选的，SOC同步控制逻辑发出控制命令，控制所述多个主站控制器同时发送SOC同步帧。
同时，本发明还提供了一种基于PowerLink的多主站同步***，其包括多个主站控制器，SOC同步控制逻辑模块，其中每个主站控制器中包括基于PowerLink协议栈的MAC核模块，所述MAC核模块包含SOC发送控制模块；其特征在于：
所述SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步。
优选的，所述多个主站控制器的MAC核模块不能自主发送SOC同步帧，且所述多个主站控制器的SOC发送控制模块不能完全控制SOC发送，而是通过与SOC同步控制逻辑模块的交互，完成对SOC发送的控制，调整各主站控制器的SOC发送时间。
优选的，各主站控制器的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，所述SOC同步控制逻辑模块将其中一个主站控制器的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站控制器的发送时间以实现同步。
优选的，SOC同步控制逻辑发出控制命令，控制所述多个主站控制器同时发送SOC同步帧。
优选的，所述多主站同步***可以由FPGA实现。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案，通过本发明提供的同步方法，同步精度较现有技术通过软件实现同步的精度高，而且具有低抖动性，能满足大多数多轴控制要求。
附图说明
图1是现有技术中的主站同步示意图。
图2是本实施方式具体实施例的多主站同步结构框图。
图3是本实施方式具体实施例的多主站同步方法示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明还提供了一种基于特定工业以太网PowerLink的多主站同步***，其包括多个主站控制器，SOC同步控制逻辑模块，其中每个主站控制器中包括基于PowerLink协议栈的MAC核模块，所述MAC核模块包含SOC发送控制模块；所述SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步。
优选的，所述多个主站控制器的MAC核模块不能自主发送SOC同步帧，且所述多个主站控制器的SOC发送控制模块不能完全控制SOC发送，而是通过与SOC同步控制逻辑模块的交互，完成对SOC发送的控制，调整各主站控制器的SOC发送时间。
优选的，各主站控制器的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，所述SOC同步控制逻辑模块将其中一个主站控制器的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站控制器的发送时间以实现同步。
如图2-3所示，所述同步***由FPGA实现，在其内部包括多个主站控制器（主站控制器1—主站控制器4），可用于多轴控制；由于采用powerlink进行通信，所以所述由软核形成的四个主站控制器的用于底层通信的数据链路层（MAC核模块）也可由FPGA实现。Powerlink协议通过SOC同步帧来控制从站的同步，SOC的具体控制在MAC核中实现。Powerlink提供的开源MAC核为修改控制方式提供了方便，于是只需要同步各主站SOC的发送，便可保证各主站的同步。
图2中由FPGA实现的SOC同步控制逻辑模块用于主站的同步，这部分控制逻辑通过直接控制各主站MAC核中的SOC发送来同步各主站。由于主站MAC核中SOC控制方法发生变化，所以各主站的MAC核及PowerLink协议中的相应代码都需要相应地进行修改。各主站控制方式相同，修改方法也相同。实际应用中，由于各主站的SOC帧同步操作完全是由硬件来实现，可提高同步精度，减小周期抖动。
图2中的主站同步过程为，SOC同步控制逻辑发出控制命令，控制主站1到4的MAC核同时发送SOC同步帧，于是这四个主站也就在硬件上实现了同步。
图3左图所示出了现有技术中通过PowerLink协议栈实现的多主站同步方案，每个主站在最上层都实现了PowerLink协议栈，协议栈通过MAC驱动发送控制模块控制FPGA实现的MAC核。MAC核中的SOC发送控制模块具体实现SOC同步帧的发送，主站发送的SOC同步帧用来实现各从站的同步。
图3右图中显示了本发明的同步方法，MAC核都在FPGA实现，由MAC核控制的SOC同步帧不再由协议栈从上至下控制。特别是MAC驱动发送控制部分，需要修改为MAC驱动不控制SOC发送，其他发送控制不受影响，这可以通过修改程序来实现。于是，SOC的发送不受软件控制，完全由硬件FPGA来控制。MAC核不再自主发送SOC同步帧，SOC发送控制模块不能完全控制发送，而是通过与SOC发送同步控制逻辑模块的交互，调整各主站的SOC发送时间。各主站的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，此模块将其中一个主站的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站的发送时间以实现同步。在同步周期相同的情况下，仅在通信起始阶段可能会有一个周期的丢失或者重复，不会影响后续正常通信。
其中，在计算多个主站控制器时，首先，根据实际需求确定需要的主站数目，然后计算主站软核实现、MAC核实现及SOC控制逻辑实现所需FPGA资源，选定满足要求的FPGA；其次，在FPGA内部以软核的方式实现各主站的功能，包括powerlink所需的MAC核功能以及保证与对应的各从站通信正常；再根据主站实际情况设置SOC同步控制逻辑模块，将各主站MAC核中SOC发送控制交由SOC同步控制逻辑模块完成，以保证各主站同步；修改各主站的MAC核源码，调整其SOC发送控制部分，做好与SOC同步控制逻辑部分的协调工作；修改powerlink协议栈源码中的MAC驱动以及数据报文发送部分，不需要SOC发送控制部分，因为在硬件中已经实现；根据应用需求，对FPGA内部实现的所有逻辑进行一定程度的优化。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于PowerLink的多主站同步方法，包括：
通过FPGA内多个软核实现多个主站控制器；
通过FPGA片内资源实现与多个主站控制器对应的基于PowerLink协议栈的MAC核；
通过FPGA内部的SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步；
由MAC核控制的SOC同步帧不再由PowerLink协议栈从上至下控制，MAC驱动模块不控制SOC发送；
其中，所述PowerLink协议栈由SOC同步帧进行从站的同步；
其中，所述多个主站控制器的MAC核不能自主发送SOC同步帧，且所述多个主站控制器的SOC发送控制模块不能完全控制SOC发送，而是通过与SOC同步控制逻辑模块的交互，完成对SOC发送的控制，调整各主站控制器的SOC发送时间；
其中，各主站控制器的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，所述SOC同步控制逻辑模块将其中一个主站控制器的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站控制器的发送时间以实现同步；
其中，SOC同步控制逻辑发出控制命令，控制所述多个主站控制器同时发送SOC同步帧。
2.一种基于PowerLink的多主站同步***，其包括多个主站控制器，SOC同步控制逻辑模块，其中每个主站控制器中包括基于PowerLink协议栈的MAC核模块，所述MAC核模块包括SOC发送控制模块；其特征在于：
所述SOC同步控制逻辑模块，实现对所述多个主站控制器的MAC核中SOC发送控制进行控制，使得所述多个主站控制器的SOC同步帧发送能够同步；
其中，所述多个主站控制器的MAC核模块不能自主发送SOC同步帧，且所述多个主站控制器的SOC发送控制模块不能完全控制SOC发送，而是通过与SOC同步控制逻辑模块的交互，完成对SOC发送的控制，调整各主站控制器的SOC发送时间；
其中，各主站控制器的SOC发送命令将由SOC同步控制逻辑模块发出，所述SOC同步控制逻辑模块将其中一个主站控制器的SOC发送时间作为标准时间，调整其他主站控制器的发送时间以实现同步；
其中，SOC同步控制逻辑发出控制命令，控制所述多个主站控制器同时发送SOC同步帧；
其中，所述多主站同步***由FPGA实现。
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