ПОДЧИНЕННОЕ УСТРОЙСТВО СЕТИ ETHERNET POWERLINK НА БАЗЕ ПЛИС

Полезная модель относится к области промышленных систем связи реального времени и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании устройств управления, распределенных систем ввода/вывода и электроприводов.
Из существующего уровня техники известно подчиненное устройство сети Ethernet POWERLINK на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), построенное с использованием стэка протоколов openPOWERLnsfK [электронный ресурс: openpowerlink.sourceforge.net/web/]. Такое устройство содержит софт-процессор Altera Nios II или Xilinx MicroBlaze, модуль отвечающий за первичную обработку Ethernet пакет, их фильтрацию и буферизацию, модуль интерфейса к внешнему процессору и модуль прямого управления дискретными входами/выходами, объединенные при помощи общей шины данных. Помимо ПЛИС данное устройство требует 2 Мбайта внешней статической памяти и 32 Кбайта энергонезависимой памяти.
Недостатками данного устройства являются высокие требования к логической емкости применяемой ПЛИС и необходимость использования внешних микросхем памяти.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению указанного недостатка.
Достигаемый при этом технический результат заключается в снижении требований к логической емкости применяемой ПЛИС и возможности реализации устройства без дополнительных микросхем памяти.
Технический результат достигается тем, что подчиненное устройство сети Ethernet POWERLINK на базе ПЛИС включает в себя модуль интерфейса к микросхеме физического уровня, вход/выход которого подключен к общему каналу данных, к которому подключены модуль циклического обмена данными и модуль асинхронного обмена данными, который подключен к модулю базового словаря, который подключен к памяти объектного словаря, которая также подключена к модулю циклического обмена данными.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.
Полезная модель поясняется следующим чертежом.
На фиг. 1 показана блок-схема заявляемой полезной модели. Она содержит модуль интерфейса к микросхеме физического уровня 1, общий канал данных 2, модуль циклического обмена данными 3, модуль асинхронного обмена данными 4, модуль базового словаря 5, память объектного словаря 6.
Работает устройство следующим образом. Модуль интерфейса к микросхеме физического уровня 1 осуществляет чтение данных из микросхемы физического уровня по интерфейсу MII или RMII, группирует из них байты, которые передает в общий канал данных 2, к которому подключены модуль циклического обмена данными 3 и модуль асинхронного обмена данными 4. При записи в общий канал данных 2 для избежания коллизий при штатном обмене используется временное разделение. При этом в случае возникновения коллизий в результате нештатной ситуации приоритет имеют данные модуля циклического обмена данными 3. Модуль интерфейса к микросхеме физического уровня 1 осуществляет чтение данных, записанных модулем циклического обмена данными 3 и модулем асинхронного обмена данными 4 в общий канал данных 2, и передает их по интерфейсу MII или RMII на микросхему физического уровня. Модуль циклического обмена данными 3 и модуль асинхронного обмена данными 4 «на лету» осуществляют обработку данных, поступающий в общий канал данных 2, и формируют на их основе, а также на основе данных входных интерфейсов каждого модуля, исходящие пакеты, которые записывают в общий канал данных 2, осуществляя тем самым информационных обмен.
Модуль циклического обмена данными 3 осуществляет обработку пакетов SoC, PReq, SoA согласно стандарту IEEE 61158, а также формирование пакетов PRes и ASnd согласно стандарту IEEE 61158. Обработка пакетов SoA и формирование пакетов ASnd осуществляется модулем циклического обмена данными 3 только в рамках реализации информационного обмена при помощи NMT команда и ответов на них согласно стандарту IEEE 61158. Модуль асинхронного обмена данными 4 осуществляет информационный обмен в асинхронной фазе цикла Ethenet POWERLINK по протоколу SDO via ASnd согласно стандарту IEEE 61158. При получении пакета PReq модуль циклического обмена данными 3 выделяет из него Process Data Object и побайтно передает его через интерфейс ввода/вывода к внешнему процессору или другому ядру в составе ПЛИС. При формировании пакета PRes модуль циклического обмена данными 3 формирует входящий в его состав Process Data Object на основе данных, принятых через интерфейс ввода/вывода от внешнего процессора или другого ядра в составе ПЛИС. При формировании пакетов ASnd модуль циклического обмена данными 3 использует данные, прочитанные из память объектного словаря 6. При организации информационного обмена модуль асинхронного обмена данными 4 передает данные, полученные по протоколу SDO via Asnd, модулю базового словаря 5, а данные, необходимые для формирования исходящих SDO пакетов, получает от модуля базового словаря 5. Модуль базового словаря 5 осуществляет формирование адреса и управление чтением и записью из память объектного словаря 6. Память объектного словаря 6 представляет из себя статическую двухпортовую память, один порт которой, предназначенный для записи и чтения, подключен к модулю базового словаря 5, а второй порт, предназначенный только для чтения, подключен к модулю циклического обмена данными 3. Совместно модуль базового словаря 5 и память объектного словаря 6 реализуют обязательную часть объектного словаря подчиненного устройства Ethernet POWERLINK согласно стандарту IEEE 61158. При получении запросов от модуля асинхронного обмена данными 4 на чтение данных из задачно-ориентированной части словаря модуль базового словаря 5 ретранслирует модулю асинхронного обмена данными 4 данные, полученные через интерфейс ввода/вывода к внешнему процессору или другому ядру в составе ПЛИС. При получении запросов от модуля асинхронного обмена данными 4 на запись данных в задачно-ориентированную часть словаря модуль базового словаря 5 побайтно ретранслирует полученные от модуля асинхронного обмена данными 4 данные через интерфейс ввода/вывода к внешнему процессору или другому ядру в составе ПЛИС.
Работоспособность полезной модели была проверена на макете, который наглядно продемонстрировал получение требуемого технического результата. Предложенное устройство было реализовано при помощи программируемой логической интегральной схемы Altera EP4CE15F17I7, работающей с тактовой частотой 50 МГц. Данное устройство было протестировано на соответствие стандарту Ethernet POWERLINK. Тестирование проводилось согласно стандарту EPSG DS310. Результаты тестирования показали полное соответствие сетевого обмена между полезной моделью и ведущими устройствами стандарту Ethernet POWERLINK. Для реализации полезная модель потребовала 1870 логических ячеек ПЛИС, в то время как известный аналог на базе стека протоколов openPOWERLINK версии 2.5.2 на той же микросхеме ПЛИС потребовал 6786 логических ячеек, а также дополнительного использования микросхемы статической памяти, объемом 2МБ.
Таким образом, использование полезной модели позволило снизить требования к логической емкости применяемой ПЛИС более чем в 3,5 раза, а также реализовать устройства без использования дополнительной микросхемы статической памяти, что говорит о достижении заявленного технического результата.