(完整版)Powerlink实时以太网介绍

CN1
CN2
同步阶段
Preq CNx
Pres CNx
SOA
SOC 主站
异步数据
从站
异步阶段
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1.2 Powerlink协议栈
协议栈模型
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1.3 Powerlink特点
FPGA(NIOS)开源，OpenPowerlink协议栈开 源
3.3 引申--跨平台的程序
跨平台的程序或开源代码或例子程序移植
CPU位数、特色（除法器、浮点单元）、 ARM/X86
大小端 内存对齐 编译器
附加选项定义 库定义如memcpy等
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4. B&R交流合作
4.1 控制器结构、思想
控制库：IO->Driver->Motion->Robot 双系统实时任务（Windows NT+ VxWorks+AS
0xEC002F00L；ARM ITM； 注意多中断干扰、 FSMC时序、堆栈大小、执行时间 注意内存对齐等和编译器相关的选项（跨平台器件编
程） 如果有标准，就参照标准来，如IEC 61800/402 增加主动性，不要等别人，如B&R和机器人部 …
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方案
支持PLC\APC
User Task STEP Task
AS Lib
Additional Cia 420 Task
+ Cia 402 State Machine Cia 402 Variable Mapping Cia 402 Initialization
SDC Config
STEP Lib
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3. 开发中遇到的问题
3.2 列举大家可能会遇到的
一定要使用版本管理软件（跟踪、回退、协作等） NIOS：不要都打开指令Cache和数据Cache, volatile也不
起作用 通讯不能中断，需打印调试系统，如DEF_DEBUG_LVL =
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Powerlink开发总结
王科 驱动软件部
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目录
1. 实时以太网Powerlink协议介绍 2. Powerlink项目介绍 3. 开发中遇到的问题 4. B&R交流合作
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1. Powerlink协议介绍
FPGA
OpenMAC DP
(pcp)
RAM
ARM
Com Layer
API Link
全局变量表 Controword//
6040; Statusword//
6041; ...
COM_API IRQ、AsynIRQ
AP
402、 各模式 状态机
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2.4 编写工具
1.1 实时以太网
国际标准IEC61158与国内标准 以太网->工业以太网->实时以太网RTE 应用领域：工业控制与运动控制;相关总线：
EtherCAT, SERCOSIII,ProfiNET 从标准以太网到实时以太网，需要解决：
确定性通讯 时钟同步（1588、EtherCAT） 在总线上高效地、高频地交换小数据 可靠性
FPGA并口（防止读写相互干扰）及FSMC FPGA以太网协议栈 CANOpen 301协议及402对象字典的实现
上位机编程（PC主站）：
基于WinPCap以太网编程 Xml及C代码生成
BR PLC及工控机编程
IEC61131编程
编程语言
C，C#，Python，VHDL，Verilog，
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1.1 实时以太网
IEC61800
通讯协议 应用协议
驱动 故障
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1. 2 Powerlink简介
Powerlink通讯原理：
通讯周期
SOC
Preq CN1
Preq CN2
Pres
Pres
IO Mapping & Other Config
AS Project
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B&R Servos
STEP Servos
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2. 6 例子
机器人移植替 换BR伺服例 子
Import STEP xdd
STEP servo type
PI, t_predict
Synchronization ofPWM jitter)
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2. 8 展示
机器人展会
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3. 开发中遇到的问题
3.1 涉及的技术—方便交流
芯片编程ARM+FPGA（NIOS）
变更原因：项目早期定方案
开发CANOpen 402接口 (IEC61800-201)
变更原因：方案升级
开发Powerlink主站伺服控制402接口库
原因：资源配置空档，机器人只关心运动控制的上层机器人接口，不关 心伺服的控制
联合开发机器人控制测试程序
原因：机器人展会，非机器人计划中的任务
内网同步方式，SOC 主从周期性数据点对点通讯 主站要安装专有网卡 双网口带Hub任意插
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2. Powerlink项目介绍
2.1 需求及变更
移植Powerlink FPGA从站（原始需求） 开发FPGA + ARM架构从站
IO Mapping
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2. 7多轴同步
中断延迟
SOC
SOC
补偿
Tperiod
网络传输 伺服中
断程序
0
1
2
3
4
...
9
1
补偿(PHY) 调整后 伺服中
0
100
Toffset
200
300
400
SOC抖动
断程序
0 SYNC中
1
2
t1
Tset
Powerlink Protocol
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2. 2从站结构
FPGA
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2. 3 软件结构
FPGA+NIOS+ARM
与伺服通讯中间 接口
应用层协议402
无缝替换 EtherCAT、 Powerlink、 （CANOpen）
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4.3 Open Safety
Software Structure
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THANK YOU! Questions？
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对象字典及XDD描述文件生成
Cia 402+ IEC61800 标准导出的excel + 自定义对象
NIOS侧对象字典； xdd文件； ARM侧对象；ARM 侧连接代码等
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2. 5 主站控制接口
BR主站不支持 402
AS 伺服库 基于SDC实轴
开发BR主站，摆脱BR主站的束缚
原因：BR成本 高；方便故障测试；提供主从整体方案；协议栈开源（只 需附加RTOS）；已实现PC做主
Powerlink的改进
同步性能增强；解除主站实时要求及专有网卡
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2. 2从站结构
AP=伺服ARM PCP=FPGA
3
4
5
补偿
断程序
0
Tc
900 1000
Toffset
...
0
Tservor
1100
Tsync
Tperiod Tservor Toffset Tsync ndCnt *Tdelay
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Tset = Toffset + (Tc-Δt1)
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2. 7多轴同步
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4.3 Open Safety
实施例
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4.3 Open Safety
Model
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4.3 Open Safety
Hardw Structure
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1.1 实时以太网
RTE与OSI模型
非实时 TCP/IP之上 以太网之上 更改以太网
非实时协议 实时协议
实时协议 TCP/UDP/IP TCP/UDP/IP
实时协议
以太网
以太网
数据链路层 数据链路层
LLC+... MAC
修改的以太 网链路层
以太网物理层(通用的线缆)
定义SIL1~4
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4.2 Safety
定义风险及降 低概率的方法
完整生命周期
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4.2 Safety
硬件安全：各元件、历史失效数据、危害 权重
软件安全
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Runtime结构） Powerlink总线思想开发自己的总线 IEC61131编程环境与C混编 硬件结构…
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4.2 Safety
国标IEC61508-电气/电子/可编程电子安全系 统的功能安全
功能安全的基本原则 衍生应用标准，比如伺服IEC61800-5-2 Open Safety：面向通信的安全协议栈