当前位置:文档之家› AHB总线接口的一种新实现方案

AHB总线接口的一种新实现方案

AHB总线接口的一种新实现方案
AHB总线接口的一种新实现方案

AHB总线接口的一种新实现方案

马天翊,薛萍,马卫国时间:2007年12月10日字体: 大中小

关键词:

摘要:针对标准AHB总线对具有特定访问时序的设备数据传输效率较低的情况,提出一种新的实现方案。利用AHB总线突发传输时的组合信息,根据某种算法生成地址和控制信号,以提高慢速设备的总线访问效率。

关键词:AHB总线突发传输

在系统级芯片设计中,AMBA总线已经得到广泛的应用,有效地解决了复杂芯片的互连设计难题。目前AMBA总线的主要实现形式是先进高性能总线(AHB)。AHB总线的关键是对接口和互连均进行定义,目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带宽。AHB总线互连的主要形式是带有主模块和从模块的共享总线,将接口与互连分开,主要由总线的中央资源负责仲裁、重传、拆分等操作,这对芯片上各模块的接口设计具有重要意义。AMBA已不再仅仅是一种总线,而是

一种带有接口模块的互连体系。

但随着AHB总线的广泛应用,一些问题也暴露出来。例如,对于具有特定访问时序的设备,AHB总线读取数据的效率较低。本文提出一种新的、高效AHB-Slave接口方案,可以在完全兼容AMBA2.0规范的前提下,将突发传输模式下的总线效率提高近一倍(具体提高依应用而定,可参见表1数据)。该方案主要通过判断总线的控制信号,利用某种算法控制地址实现,并可处理突发读数据的忙状态、写数据后立即回读、单周期突发操作等特殊情况。

1 标准AHB-Slave方案

AMBA2.0规范详细定义了标准的AHB-Slave接口,涵盖了绝大部分操作。但是对某些应用的实现不够高效,例如对具有较长延时的Slave设备的突发读操作。另外有些操作并没有定义,例如写之后立即读的操作。标准AHB-Slave实现方案介绍如下(AHB总线描述及信号列表请参阅参考文献[1]。

1.1 标准方案实现

标准的AHB-Slave总线接口首先判断读操作或写操作,如果判断为写,则对单次写和突发写执行同样操作。如果判断为读,对于单次读和突发读也不加区分,但由于突发读时地址段与数据段会自然相互重叠(overlap),所以突发读相对于多笔单次读的效率要高一些。标准AHB-Slave总线接口不支持写操作后立即执行读操作,要求二者之间至少有一个时钟周期的间隔,否则会产生错误。考虑接口需求,要求写后立即读的情况并不会很多。但是作为一个典型的存储设

备检测方法应该被这种操作支持。

1.2 标准方案时序图

对于AHB总线,一次完整的传输可以分成两个阶段:地址段(Address Phase)和数据段(Data Phase)。地址段负责发送地址和控制信号,数据段则用来传输数据和反馈信号。如果从设备无法在数据段用一个时钟周期完成读写,则可以

通过HREADY信号来展宽数据段。

AHB总线为提高传输效率定义了突发传输方式(Burst Transfer)。在一次需要传输多个数据时,将前后数据的数据段和地址段重叠在一起以提高效率。限于篇幅,关于突发传输方式的详细描述请参阅文献[1]。

还有一点需要指出:突发传输时,前次传输的数据段和后次传输的地址段重叠在一起,如果前次的数据段由于某种原因被展宽,后次传输的地址段也会随之展宽。这是AHB2.0协议中降低总线效率的重要原因,也是可以采取方法来改

进的地方。

多周期读写时序如图1所示,详细说明如下。图1未示出AHB总线的申请、仲裁、授权机制。

Cycle4~9:AHB总线的突发写时序,图1所示从设备可正常接收,不再详述。

Cycle14:Master获得总线控制权,发出地址A5和控制信号,总线中央资源将其发往相关Slave。突发操作的第一

个数据HTRANS信号值为NONSEQ。

Cycle15:Slave采样地址A5和控制信号,并作出判断和响应,如果不能立即存取数据,则将HREADY_OUT信号拉低相应周期数(图1中所示为一个周期),但HRESP信号为OKAY。同时,Master发出第二个传输的地址和控制信号。此时HTRANS

为SEQ。

Cycle16:Slave可以完成数据存取,将HREADY_OUT信号拉高,将数据发送到HRDATA总线,HRESP信号仍为OKAY。因为突发传输时前后两次数据段和地址段重叠,如果前次的数据段由于某种原因被展宽,后次传输的地址段也会随之展宽。图1中所示,Master重复发出上一个时钟周期的地址A6和控制信号。

Cycle17:Master采样反馈信号。因为HREADY_IN信号为高(此时HREADY_IN与HREADY_OUT信号等价),表示Slave 已经将数据发出,Master采样数据D5,同时发出地址A7和相应控制信号。Slave采样地址A6和控制信号,因为不能立即存取数据,所以将HREADY_OUT信号再次拉低一个时钟周期,但HRESP信号为OKAY。

Cycle18、19、20:分别与Cycle16、17、16类似。

Cycle21:Master判断HREADY_IN为高,采样数据D7,但不再发出新的地址和控制信号。Slave采样地址A8和控制信号,然后将HREADY_OUT信号拉低一个时钟周期,HRESP信号为OKAY。

Cycle22:Slave将HREADY_OUT信号拉高(无效),将数据D8发送到HRDATA总线,HRESP信号仍为OKAY。

Cycle23:Master采样反馈信号和数据D8,完成本次突发传输操作,之后可选择释放总线。

2 高效AHB-Slave方案

AMBA2.0规范中,对于具有较长延时的Slave设备的突发读操作处理得不够理想。针对这一问题,高效的AHB-Slave 方案应运而生。突发传输时,从第二个数据开始的HTRANS信号为SEQ(Sequential,连续),表示当前地址与前一次地址相关,而控制信号与前次相同。这就表明可以利用第一个数据的地址和控制信号根据突发传输的类型来生成其后数据的

地址和控制信号。

当然,由于AHB总线的功能丰富,需要考虑的情况比较多,所以高效AHB-Slave接口的实现方案相对复杂。但已经证实,当AHB总线时钟为150MHz时,可以在0.13um工艺条件下实现,且效果显著。

2.1 高效方案实现

根据AHB总线的规则,突发传输过程中,控制信号不会变化,而地址会根据突发方式和传输数据的位宽增减,所以可以依据某种算法生成内部信号HADDR_internal,用于生成超前地址,提高总线访问效率。在AHB-Slave接口设计中,用HADDR_internal代替HADDR。具体实现方案如图2所示。

首先判断读操作或写操作,如果判断为写,则对于单次写和突发写执行同样操作。如果判断为读,则区分三种情况:单次读、写后立即读与突发读。如果为单次读,则执行基本读操作。如果为写后立即读,由于AHB-Slave接口内部处理延时,读操作会多延时一个时钟周期,亦即HREADY_OUT会被多拉低一个时钟周期以通知总线的Master。如果判断为突

发读,则需作进一步判断。

当判断为突发读时,需进一步判断四种情况:突发读的首数据、突发读期间的忙状态、突发读忙状态后首数据、突发读基本状态。前三种情况的处理方法如图2所示,如果判断为突发读的基本状态,则内部读地址HADDR_internal每个时钟周期递增一个单元,直到该次突发读结束。对于具有较长读延时的AHB-Slave设备,执行突发读操作时,由于第一个读数据延后n拍送出,所以外部地址HADDR从第2个地址开始延长n拍。假设n=1,从第2个地址起,外部地址HADDR 比HADDR_internal延后1拍。内部模块根据HADDR_internal发出数据,此数据可以连续送到外部数据总线上。

2.2 高效方案时序图

高效方案的多周期读写时序如图3。图中未示出AHB总线的申请、仲裁、授权机制。Cycle14以前各周期的功能不

再详述。

Cycle14:Master发出地址A5和控制信号。依据某种算法生成内部超前地址HADDR_internal以代替HADDR,提高总线访问效率。因为Cycle14为突发传输的第一个周期,所以HADDR_internal与HADDR相同。

Cycle15:Slave采样地址A5和控制信号,由于不能立即存取数据将HREADY_OUT信号拉低一个周期。同时HADDR_internal从A5变为A6,增加一个HSIZE信号所指示的单元地址。Master发出第二个传输的地址和控制信号。此

时HTRANS为SEQ。

Cycle16:Slave可以完成数据存取,将HREADY_OUT信号拉高,将数据发送到HRDATA总线。此时HADDR_internal 递增为A7,超越了HADDR,因为设计中HADDR_internal代替HADDR输出给内部模块,所以数据也会提前输出。

Cycle17:Master采样反馈信号和数据D5,同时发出地址A7和相应控制信号。Slave不再采样地址和控制信号,而是用内部生成的相应信号代替,发出数据D6,并且不再拉低HREADY_OUT信号。

Cycle18:Master采样反馈信号和数据D6,同时发出地址A8和相应控制信号。Slave根据内部信号发出数据D7。

Cycle19、20:分别与Cycle17、18类似。

Cycle21~23:与标准方案的相应时序类似,不再赘述。

在突发传输操作中,Master与Slave之间的交互是连续的,但如果Master因为某些原因无法及时发送或接收数据,则可以将HTRANS信号置为BUSY,使当前传输暂停几个时钟周期。此时Slave应该发送OK的HRESP。在一次读的过程中插入busy的时序如图4。Cycle15以前各周期的功能不再详述。

Cycle15:Master由于某种原因暂时无法接收数据,可以将HTRANS信号置为BUSY,地址递增为A11,控制信号可以保持上一时钟周期的读状态不变。AHB-Slave接口采样到BUSY状态(此次采样为异步采样,不依赖时钟上升沿),则HADDR_internal不再变化,保持上一周期值。数据总线依次送出数据D10,HRESP信号仍为OKAY。

Cycle16:Master恢复采样数据,将HTRANS信号置为Sequencial,但地址保持上一时钟周期A11不变,控制信号也保持为读状态。AHB-Slave接口采样到HTRANS信号恢复Sequencial状态,重新将HADDR_internal与HADDR同步,变

为A11。将数据D11送到HRDATA总线,但此数据不被采样。

Cycle17:Master本周期不采样数据。附带指出:Master在Cycle15将HTRANS置为BUSY,即指Cycle17不采样数据,而不是Cycle15不采样。Master发出递增地址A12,控制信号保持为读状态。因为上一周期HADDR_internal与HADDR 重新同步,所以Slave无法立即送出数据,将HREADY_OUT拉低一个时钟周期,但HRESP信号为OKAY。同时HADDR_internal

从A11变为A12,增加一个HSIZE信号所指示的单元地址。

Cycle18:Slave可以完成数据存取,将HREADY_OUT信号拉高,将数据D11发送到HRDATA总线。Master采样反馈信号并判断后重复发出上一时钟周期的地址A12和控制信号。但HADDR_internal递增为A13。

Cycle19:Master采样反馈信号,判断后采样数据D11,同时发出地址A13和相应控制信号。AHB-Slave接口内部递增地址为A14,并且不再采样AHB总线的地址和控制信号,而是用内部生成的相应信号代替,发出数据D12,并且不再

拉低HREADY_OUT信号,HRESP信号保持为OKAY。

Cycle20~23:与前文类似,不再赘述。

对单一寄存器写之后读的时序如图5所示。如前文所述,考虑AHB-Slave总线接口的需求,要求写后立即读的情况并不会很多。但是这种操作作为一个典型的存储设备检测方法应该支持。此时HREADY会多拉低一个时钟周期,详细时

序不再赘述。

这一AHB-Slave接口的新方案已经分别通过Cadence公司的Specman和Synopsys公司的Vera两种验证平台验证,

并已实际应用于一款芯片。

表1中所示为该款芯片采用两种AHB-Slave接口方案的对比。表中最左边一栏为待传输的数据区块,JD为联合检测(Joint Detection)。其中有些数据需要写入含有AHB-Slave接口的模块,而有些数据要读出。通过AHB总线写入时两种方案完全相同,而读出时高效接口方案所需工作周期只有标准接口方案工作周期的一半。

从表1可以看出,此应用中高效接口方案比标准接口方案节省了大约44%((11804-6630)/11804=44%)的工作周期。如果AHB总线时钟按照150MHz计算,则表1中原始接口方案需要78.73us,而高效接口方案需要44.22us,节省了34.51us,这对于通信、图像处理等实时性要求较高的应用来说是很关键的。

参考文献

[1] ARM.AMBA Specification(Rev 2.0).1999.

[2] 吴欣龙.AMBA总线系统介绍.台湾:工研院内部刊物,2002.

[3] Bruce Mathewson.AMBA总线在复杂系统级芯片片上互连中的应用.电子工程专辑,2004.

[4] 钟文枫,耿彦莉.AMBA片上总线在SOC芯片设计中的应用.电子设计应用,2006.

什么是AHB总线和AMBA

悬赏分:0 - 解决时间:2007-12-17 10:01

资料上称ARM10支持AHB总线和AMBA,是什么东东?

提问者:s3c44b0 - 四级

最佳答案

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接,作为SoC的片上系统总线,它包括以下一些特性:单个时钟边沿操作;非三态的实现方式;支持突发传输;支持分段传输;支持多个主控制器;可配置32位~128位总线宽度;支持字节、半字节和字的传输。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成,整个AHB总线上的传输都由主模块发出,由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。

https://www.doczj.com/doc/ce17526745.html,/user1/405/archives/2006/20569.html

AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)总线规范是ARM公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准。它独立于处理器和制造工艺技术,增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性。AMBA总线规范是一个开放标准,可免费从ARM获得。目前,AMBA 拥有众多第三方支持,被ARM公司90%以上的合作伙伴采用,在基于ARM处理器内核的SoC设计中,已经成为广泛支持的现有互联标准之一。AMBA总线规范2.0于1999年发布,该规范引入的先进高性能总线(AHB)是现阶段AMBA实现的主要形式。AHB的关键是对接口和互连均进行定义,目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带宽。AHB接口已与互连功能分离,不再仅仅是一种总线,而是一种带有接口模块的互连体系。

AMBA总线规范主要设计目的如下:①满足具有一个或多个CPU或DSP的嵌入式系统产品的快速开发要求;②增加设计技术上的独立性,确保可重用的多种IP核可以成功地移植到不同的系统中,适合全定制、标准单元和门阵列等技术;③促进系统模块化设计,以增加处理器的独立性;④减少对底层硅的需求,以使片外的操作和测试通信更加有效。

AMBA总线是一个多总线系统。规范定义了三种可以组合使用的不同类型的总线:AHB(Advanced High-performance Bus)、ASB(Advanced System Bus)和APB(Advanced Peripheral Bus)。https://www.doczj.com/doc/ce17526745.html,/blog/user1/6/archives/2006/2006112215720.shtml

什么是AHB总线? 2006-6-27 20:24:00

3

推荐

AHB简介

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接,作为SoC的片上系统总线,它包括以下一些特性:单个时钟边沿操作;非三态的实现方式;支持突发传输;支持分段传输;支持多个主控制器;可配置32位~128位总线宽度;支持字节、半字节和字的传输。AHB系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成,整个AHB总线上的传输都由主模块发出,由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。其互连结构如图1所示。

基于FPGA的OPB_AHB总线桥接器的设计

微计算机信息信息来源: 维库开发网发布时间:2009年8月4日

摘要:本文首先介绍了AHB和OPB总线协议特点,并在此基础上详细阐述了OPB_AHB 总线桥接器的功能和设计思路,最后给出了OPB_AHB的验证方法和仿真结果。并在X ilinx的EDK 环境下利用MicroBlaze软核构建了SoC系统并通过FPGA验证。

1.引言

SoC(System on a Chip)自20世纪90年代后期出现以来,广受学术界和工业界的关注,SoC通常将微处理器、I P(Intelligence Property)核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,具有小型、轻量、低功耗、多功能、高可靠和低成本化等特征,在计算机、通信、消费类电子、工控、交通运输等领域应用十分广泛。

随着基于IP复用技术的SoC设计的不断发展,片上总线OCB(on-chip Bus)技术成为解决SoC发展的关键技术。目前主要有三大主流片上总线标准:IBM公司的CoreConnect,ARM公司的AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)以及Silicore Corp公司的Wishbone。本文针对两大主流OCB总线标准AMBA和CoreConnect,完成AMBA高性能系统总线AHB和CoreConnect的外围总线OPB之间的桥接转换,设计出OPB_AHB桥接器。

2.OPB_AHB桥接器功能特性

AHB是ARM公司微控制器总线体系结构AMBA规范定义的三种总线之一,它是先进的系统总线,用于连接高性能系统模块,支持突发数据传输方式及单个数据传输方式,AHB总线可挂接多个功能模块(主/从),并为它们提供高带宽、低延迟的总线连接。

OPB总线是IBM公司推出的一种芯片级的外围设备总线,OPB总线主要连接外围低速设备,降低外围设备对系统性能的影响,支持突发(Burst)操作。

X ilinx公司的软核处理器MicroBlaze能够很好的支持OPB总线协议,MicroBlaze环境的OPB总线都是32位的地址位宽和数据位宽,支持8bit、16bit、32bit的数据传输。本文设计的OPB_AHB桥接器主要是完成以下四个功能。

3.OPB_AHB桥接器结构

图1是一个简单的基于MicroBlaze的OPB_AHB 桥接器拓扑结构图。MicroBlaze是一个软核处理器,整个系统在X ilinx的EDK环境下实现,AHB_OPB桥接器可以作为OPB设备和AHB设备之间数据、地址和控制命令的传输通道。

当OPB主设备要向AHB从设备读写数据时,OPB_AHB桥接器可以作为OPB总线这一侧的从设备(Slave),同时在AHB总线这一侧充当主设备(Master)的角色,此时OPB_AHB桥接器主要工作是由图2中OPB2AHB bridge完成。当AHB主设备要向OPB从设备读写数据时,OPB_AHB桥接器可以作为AHB总线这一侧的从设备(Slave),同时在OPB总线这一侧充当主设备(Master)的角色,此时OPB_AHB桥接器主要工作是由图2中AHB2OPB bridge完成。

4.OPB_AHB桥接器的实现

实现两种总线的互联,关键是完成控制信号之间的转换以及数据和地址的传输,本设计采用的方法包括。

(1)流水线方式,(2)将所有输入的控制信号和数据地址总线都寄存一拍。

(3)控制信号都采用同(4)步设计方法,(5)在OPB_Clk的上升沿触发。

(6)数据的读写操作为同(7)步读写。

4.1OPB2AHB_Brg的实现

(1) 所有控制信号采用同步设计思想,在SOPB_Clk的上升沿触发。SOPB_Rst高电平有效,为同步复位,当其有效时,所有信号输出0状态。

(2) 当桥接器检测到SOPB_Sel信号有效时,即表明桥接器被选中,成为OPB总线上的从设备,或者检测到AHB_Resp信号状态为RETRY,此时OPB2AHB_Brg作为AHB总线上的主设备向AHB仲裁器发出请求总线信号AHB_BusReq。

(3) 当OPB2AHB_Brg检测到AHB总线侧的允许信号AHB_Grants时,说明桥接器的请求得到允许,此时当AHB_Ready有效时,可以根据SOPB_BE判断传输数据的大小,决定

AHB_Size的状态,当SOPB_BE为1111时,AHB_Size为010(32bit),SOPB_BE为1100或0011时,AHB_Size为001(16bit),SOPB_BE为0001、0010、0100、1000时,AHB_Size为000(8bit)。

(4) 当SOPB_RNW为高电平时,为读取数据,数据流向是从AHB_Rdata到Sl_Dbus,当SOPB_RNW为低电平时,为写数据,数据流向从SOPB_Dbus到AHB_Wdata。地址总线相连,即SOPB_Abus连接AHB_Addr。

(5)当一次数据传输完成后,(6)置位Sl_xferAck信号,(7) 让其输出一个时钟周期的高脉冲。

4.2 AHB_OPB_Brg的实现

(1) 当桥接器检测到AHB_Sel信号有效时,即表明桥接器被选中,成为AHB总线上的从设备,此时AHB2OPB_Brg作为OPB总线上的主设备向OPB仲裁器发出请求总线信号M_req。

(2)当桥接器接收到OPB仲裁器发出的允许信号OPB_Mgrant信号时,(3)表明桥接器可以

开始工作,(4)这个信号会激励M_Sel信号有效,(5)根据IP核BK3721的功能特性,(6) M_BE总是输出1111,(7) M_SeqAddr和M_busLock输出为0。

(3) 当AHB_Write为高电平时,为写数据有效,此时AHB主设备向从设备桥接器写数据,同时桥接器作为OPB总线上的主设备向选中的OPB从设备写数据,数据流向为AHB_Wdata到

M_Dbus。当AHB_Write为低电平时,为读数据有效,此时AHB主设备从桥接器(作为AHB总线

上的从设备)读取数据,同时桥接器作为OPB总线的主设备从选中的OPB从设备读取数据,数据流向为OPB_DBus到AHB_RData。

(8)当数据传输指(9)示信号OPB_xferAck被检测有效时,(10) AHB_Ready信号输出高电平有效信号,(11)表示数据传输结束。

5.OPB_AHB桥接器的验证

5.1 OPB2AHB_Brg的验证

用verilog编写testbench,在testbench中虚拟设备一个AHB从设备存储器AHB_mem,存储器的数据位宽和地址位宽都是32位,通过测试平台可以对虚拟存储器进行数据的读写,并将数据的读写结果保存到Wdata.txt文件中。

利用ModelSim工具对测试平台进行仿真。在主设备向虚拟从设备写数据时,SOPB_RNW 为低电平,桥接器作为AHB上的主设备将SOPB_DBus数据线上的数据通过AHB_Wdata写到AHB_mem存储器中,并在WData.txt文件中显示出来,仿真结果如图3 (a)所示。

图3 (a) OPB2AHB_Brg写数据仿真波形

在主设备从虚拟从设备读取数据时,SOPB_RNW为高电平,桥接器作为AHB上的主设备将AHB_mem存储器的数据通过AHB_Rdata读取到Sl_Dbus数据总线上,并在WData.txt文件中显示出来,仿真结果如图3 (b)所示。

图3 (b) OPB2AHB_Brg读数据仿真波形

5.2 AHB2OPB_Brg的验证

AHB2OPB_Brg验证平台主要分为测试激励,被测对象以及响应输出三部分。测试过程为:首先对测试激励进行初始化,产生时钟信号和复位信号及控制信号,然后向虚拟OPB从设备(mem 存储器)写数据,写完数据后等待一段时间在进行读取数据操作。在ModelSim中仿真结果如图4所示。

通过观察,当写信号时,AHB_WData数据总线上的数据能够正确的写入到虚拟从设备OPB_mem中,当读信号有效时,虚拟从诶设备OPB_mem中的数据能够正确通过OPB_Dbus传输到AHB_RData总线上。

6.结束语

本文在分析了AMBA总线协议和OPB总线协议的基础上,给出了OPB_AHB桥接器的设计和验证方案。本文作者创新点是采用同步设计和流水线设计方法,能够正确的转换OPB总线与AHB总线之间的数据、地址、控制信号,提高了系统的运行速度和稳定性。最后通过X ilinx的ISE 综合和时序仿真,最高频率达到100MHZ,并导入到EDK环境中,选择MicroBlaze软核处理器构建SoC系统,实现OPB与AHB总线协议的互连。

USB2.0设备控制器IP核的AHB接口技术

2009-09-06 22:48:00 作者:来源:浏览次数:6 文字大小:【大】【中】【小】电子科技大学左宏权

引言

通用串行总线USB 2.0接口是目前PC机的主流接口,可提供480 Mb/s(60 MB/s)的高速数据传输,具有即插即用、热插拔、接口体积小巧、节省系统资源、传输可靠、提供电源、良好的兼容性、共享式通信、低成本等优点。由于USB接口的优点和流行,当今嵌入式设计要与PC连接,首选USB接口。

ARM 公司提出的AMBA总线,由于其本身的高性能和ARM 处理器的广泛应用,已经成为SoC 设计中广泛使用的总线标准。AMBA rev20中的AHB,采用地址/数据分离格式,支持固定长/不定长猝发(burst) 交易、分裂(split) 交易特性和多个主设备的总线管理,具有高带宽、高性能特性,适合于嵌入式处理器与高性能外围设备、片内存储器及接口功能单元的连接。

根据两种总线的特点和广泛支持,为了给嵌入式SoC系统提供USB接口,需要设计USB和AHB间的桥接IP核(Intellectual Property Core)。本文介绍USB 2.0设备控制器IP中的AHB接口部分设计。

1 设计概述

1.1 协议概述

设计前首先需要了解USB和AHB数据传输的特点。

USB上的数据组织为事务进行串行传输,最小数据单位是字节。USB传输始终是由主机方发起的,设备方只负责响应。USB的数据传输分为块、同步、控制、中断四种传输,本IP支持前三种。对于块传输,默认上层协议为BULK ONLY协议[1]。

AHB总线采用单时钟域同步设计。数据、地址线宽32位,采用2级流水线结构,地址、控制信号比数据信号早一个时钟周期。可用猝发(burst)传输来传数据。只需一个时钟周期就可完成总线交权。由于是嵌入式的SoC片上总线,故强调的是面积、工作频率和功耗等。详细情况参见USB[13]和AMBA 协议[4]。

1.2 设计规格

本IP核的AHB接口,最主要的任务是控制数据在缓存和AHB总线间正确传输,使接口时序满足AHB 协议,并协助AHB上的MCU(默认为ARM)控制数据传输;同时要处理与USB控制部分的连接问题,控制USB端的中断申请和寄存器输出。

为了适用于大数据量的传输,本IP要求的控制传输是用非DMA方式,块、同步用DMA方式,且已知外部有DMA控制器(默认为ARM双Master的DMA控制器[5])。

在总体设计中有如下关键问题,决定了IP中AHB接口设计的细节。

①双时钟域问题。USB时钟是60 MHz,设计的AHB时钟频率是30~133 MHz。跨时钟域的控制信号需要用同步器同步。

②数据的缓冲问题。IP中使用32位数据位宽的流过式DPR AM(双口SRAM)作为USB和AHB间的数据缓冲。每个端点有固定的缓冲区,使各端点间透明;使用乒乓机制,每个端点两个缓冲区,减小USB和AHB总线速率的相关性,使数据传输更流畅;同时DPR AM的两个口分属不同时钟域,起到隔离数据的双时钟域问题的作用。

③是否需要AHB Master的问题。IP在USB端是从设备,在AHB端是主设备。也就是AHB上传输的都是由本IP发起的。本来设计中有一个AHB Master,当作DMA控制器。现在由于已经有外部DMA 控制器,因此IP只需要AHB Slave,用中断告知AR M信息,由ARM配置外部DMA控制器来进行DMA传输。所以为了减小面积和功耗,去掉AHB Master。④要实现多事务DMA才发一次中断,减少中断次数。由于块传输通过上层BULK ONLY协议已经知道多个事务数据长度,所以前面的事务DMA可以用硬件处理,最后一次事务完成后才报中断。

⑤ AHB地址划分。每个端点在AHB上只有一个固定地址,看作一个I/O接口,隐蔽双缓冲区和缓冲区内部的相对地址,而IP中每个内部寄存器有一个单独的AHB地址。

2 AHB接口设计实现

2.1 模块划分

如图1所示,根据功能可把AHB接口分为如下6个模块:

②CTRL,产生对外部DMA控制器的DMA申请信号,并接收回应信号;负责控制多个通道的多事务长度的DMA结束中断;改变REG模块中的DMA配置信息[56]。

③SLV,负责接收AHB上的读写请求,控制AHB Slave的时序。

④DEC,地址译码模块,根据AHB地址译码产生寄存器选中信号或缓冲写信号。

⑤MUX,DPRAM和寄存器输出的多选一模块,包括USB端寄存器输出。

⑥INT,总中断产生模块。综合USB端的中断申请,产生总中断信号和总中断向量。

⑥ REG,ARM配置的寄存器组模块。

图1 AHB接口模块框图

2.2 SLV模块设计

SLV模块处理AHB时序,主要功能是根据AHB地址和控制信号,产生对缓存的读写、地址信号;支持猝发传输的提前结束和插入BUSY周期。SL V模块不需要使用RETRY/SPL TT功能来干预AHB 仲裁器的仲裁。这是因为IP中有用于缓存的DPR AM,并且处于USB设备端,在AHB总线看来,IP 在接受AHB IN/OUT操作前都已经做好准备,不存在不能接收AHB操作的情况。

Slave状态转换如图2所示。Slave状态机是AHB Slave设计的关键。hready_in和hsel同时为高时,SLV才能采样地址和控制信号。

图2 Slave状态转换图

对于写操作,当收到NONSEQ时,先存储地址信息,在下一周期收到hwdata后同时发对缓冲的写信号、写地址、写数据。遇到BUSY周期进入HS_WRBUSY状态,等待下次写操作。

对于读操作,当收到NONSEQ时,先采样地址信息,判断是否正确,再发读信号和读地址,这需要一个周期。一个周期后从缓冲收到读数据,还要通过一级寄存器后才能发到AHB总线上。所以SL V 处理AHB读操作需要3个周期预读取数据,加入HS_RDST AR T1、HS_RDSTAR T2、HS_RDST AR T3状态,拉低hready_out,等待读数据。因为每个端点只有1个AHB地址,如果SL V一直对同一个端点进行传输,则可以使用预读取数据,保持流水,提高数据传输效率。遇到BUSY周期进入HS_RDBUSY状态,有专门寄存器存储预读数据,等待后面读操作中使用。

通信与现场总线课程设计报告书

电气工程学院 通信与现场总线课程设计

目录 一:设计任务 (4) 理想模型: (4) 实验中用到的任务模型 (5) 二:力控软件平台建立的实验模型 (5) 三、实验设备与仪器 (6) 四、设计思路与过程 (6) 五、调试和功能 (13) 六、联机调试:C/S方式的远程控制 (26) 七、课设总结与心得 (29)

(一)本次课程设计题目: 通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制 (二)主要容及要求 在组态软件Forecontrol V6.1平台上,通过工业以太网,分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式(浏览器/服务器)完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 独立完成,承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务,要求提供最终的解决程序(验收)和相关文件,并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。 (三)进度安排: (1)在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。 (2)根据相关资料,熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。 (3)对搅拌罐工程相关控制进行了编程。 (4)熟悉服务器端通信参数的要求,完成C/S的网络控制。 (4)3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。 (5)撰写设计报告。

通过三维力控组态软件实现 对搅拌罐的网络控制 一:设计任务 在组态软件Forecontrol V6.1平台上,通过工业以太网,分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式(浏览器/服务器)完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 本次课程设计中,我们主要运用了C/S(客户端/服务器)方式,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 理想模型:

现场总线设计报告

# 重庆科技学院 课程设计报告 院(系):_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点(单位)__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期:2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩(五级记分制):______ __________ 指导教师(签字):________ ________ <

目录

1课程设计任务书 设计题目:基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任:指导教师:胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日

2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数,对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高,温控系统的控制技术得到了迅速发展,能否成功地将温度控制在所需范围内,关系到整个活动的成败,由于控制对象的多样性和复杂性,导致采用的温控手段的多样性,且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点,给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块,电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块,温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V,电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号,温度传感器采用Pt100,测温范围0-200℃,Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃,因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后,控制快速性以及控制精度较难权衡,因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象,已经有了各种不同的温度控制方法,包括最经典的PID控制算法,模糊控制算法,神经网络控制,最优控制等等,这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平,采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为:由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度,再由温度加热器内部调理电路,将温度信号转换为4-20mA的电流信号,电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端,通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制,然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V(实际程序控制只需输出0-5V)方式电压输出控制温度加热器的加热电压,达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程,包括实时温度,PID三个参数(Kp、Ti、Td),以及输出控制流量,绘制实时曲线,棒图等。PLC通过DP总线与PC连接,WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接,达到数据传输的目的。 以此,一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。

现场总线控制系统设计

现场总线控制系统设计 发表时间:2019-06-10T16:29:37.333Z 来源:《防护工程》2019年第5期作者:华启国 [导读] 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 安徽天康(集团)股份有限公司 摘要:根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。 关键词:现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程 引言 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。 1现场总线控制系统设计原则 1.1有效性原则 有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备;减少平均修复时间、系统错误停车;实现备份设备间的正确切换等。另外,还有短路保护、本质安全、故障安全等辅助技术。容错是提高系统有效性的重要手段,容错是指系统在出现故障时仍能正常工作,同时又能查出故障的能力。容错包括三种功能:故障检测、故障鉴别、故障隔离。冗余是实现容错的工程方法。提高系统的诊断覆盖率水平,也可以提高系统有效性。有效性不影响系统的安全性,但系统的有效性低可能会导致装置和工厂无法进行正常生产。 1.2 安全性原则 安全性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。总线控制系统的安全性原则不同于安全相关系统。工程化的设计方法有现场系统诊断功能的利用、正确组态以及安全联锁功能的分散等。诊断包括通信故障诊断、取代差错检查、通信故障停车以及操作员通知等。正确组态包括设备组态和联锁组态。此处的分散是指将停车联锁功能置于现场总线控制设备或去往阀门定位器的通信中,从而实现安全分散。附加的安全性实现方法还有执行器位置反馈引用、动力源丢失保持以及冗余外输设计中的不一致检查等。 1.3经济适用原则 提高系统的有效性和可靠性,必然增加系统的成本。多余的冗余以及富余的安全等级是一种浪费。科学的设计方法就是根据实际的生产过程,选择合理的系统冗余度。现场总线控制系统具有强大的诊断判断功能,合理地组态,充分地利用可以在提高安全性,增加有效性的前提下,实现设计系统经济适用及够用的原则。 2 现场总线控制系统的设计方法 现场总线控制系统的工程设计与常规控制系统一样分为概念设计和详细设计两个阶段。 2.1 概念设计 现场总线变送器具有多通道和多制式的特点,可实现传统系统中多个变送器的功能。现场总线阀门定位器自带软限位参数,可减少系统的离散输入。现场总线变送器自带控制功能模块,统一了总线系统控制点和测量点。模拟和数字信号在现场总线系统中都以数字信号出现。因此,总线系统对模拟和数字以及输入和输出信号不再区别,工程设计初期不再像传统DCS那样分别计算检测、报警及控制“点”的数量,而只需根据工艺过程对控制系统的要求计算检测和控制设备的总数,并根据设备的物理和逻辑分布确定现场总线系统的初步拓扑结构,通信端口数,链路设备或接口模板数。并以此为基础生成系统设备物资清单。 2.2 详细设计 2.2.1 主站级网络设计 操作员对整个工厂的监视依赖于主站级网络的建立和运行,在控制回路使用位于不同现场级网络的设备时,跨越主站级网络的桥接必须使用。为此,工程设计时操作员站应备份,网络介质应冗余,集线器电源应独立,以确保系统有效性。主站级网络冗余有三个层次:介质冗余、整体网络冗余和以太网设备冗余。介质冗余完全工作在物理介质层,与使用协议无关。设备和端口的冗余是在较介质冗余更高的层次上实施的,与使用协议有关。 2.2.2 现场级网络设计 现场网络的拓扑结构主要有总线型和树形两种。区域内设备密度较低且分布范围较广时宜选用总线拓扑结构。根据设备清单确定现场网络数量,并计算网络端口和现场电源数量。依据选定的拓扑结构和电缆类型选择安装附件,原则上一条支线只连接一台设备。尽可能地让同一回路的设备处于同一网段中,避免不同网段间使用桥接功能,从而提高性能。现场级网络的设计应以贯穿故障条件下对系统影响最小为原则。现代工厂是区域和车间的合理划分,区域应有属于主站级网络的独立子网,子网由路由器相连。即使在冗余控制器或链路系统中,中央控

现场总线控制系统设计与应用

现场总线控制系统的设计与应用 中国天辰工程有限公司上海分公司姚克磊 摘要:阐述了现场总线的发展及基金会现场总线(以下简称FF)的特点和拓扑结构,根据基金 会现场总线在BAYER涂料项目中的应用,详细介绍了FF控制系统、FF现场仪表选型、FF现 场总线网段设计、现场总线配线设计等工程设计过程及其与常规控制系统的不同,并阐述了FF 现场总线在项目中出现的一些问题,以及优缺点。 关键词:基金会现场总线拓扑图网段FF总线 中图分类号:TP273.+5文献标志码:B Fieldbus Control System Design and Application YAO Ke-lei (China Tianchen Engineering Corp.Shanghai Branch) Abstract:Describes the development,features and topology of the Fieldbus Foundation Fieldbus (FF),according to the application of the Foundation Fieldbus in BAYER paint project,Introduced the FF control system,FF field instrument selection,FF segment design,FF wiring design, Simultaneously introduced the differences between the process of engineering design and the systems with conventional control system and elaborated FF some of the problems,as well as advantages and disadvantages in the project. Key words:Fieldbus Foundation Fieldbus;Topology;segment;FF 0引言 生产过程控制在经历了自动控制、集中控制与分散控制之后,随着控制技术、计算机技术、通信技术以及网络技术的快速发展,上世纪八十年代出现的基于现场总线的控制系统在近几年 内日趋完善。现场总线技术自推广以来,已经在全世界范围内应用于冶金、汽车制造、石油化 工等许多领域[1]。 1现场总线技术简介 现场总线是一种连接智能仪表和自动化系统间双向和多支路的数字通讯系统。它应用于过 程控制的现场设备的局域网,并通过此网络建立起一种具有控制现场智能设备能力的系统。 现场总线技术在经历了群雄并起,分散割据的初始阶段后,尽管已经有一定范围的磋商合并,但至今尚未形成完整统一的国际标准。目前已开发出的现场总线有:P-Net,Device Net,Swift Net,Interbus,Modbus,Word FIP,Long-Works等;但其中应用最广泛的有:FF,Profibus,HART和CAN[2]。本文主要阐述了BAYER涂料项目中的FF总线的应用情况。 1.1FF现场总线特点 基金会现场总线有两种通讯速率形式,分别为H1和H2,其中H1的传输速率为31.25Kbps,通讯距离能达到1.9km,支持总线供电和本质安全防爆环境,H2的传输速率为1Mbps和2.5Mbps两种,通讯距离为750m和500m。 FF总线网络通过商用交换机或路由器就可以连接到INTERNET上,只要拥有相应的客户端软件和相应的权限,用户在任何地方都可以通过INTERNET对生产过程进行远程系统组态、调试和

现场总线设计报告

重庆科技学院 课程设计报告 院(系):_电气与信息工程学院专业班级:测控普2007-01 学生姓名:黄亮学号: 2007440799 设计地点(单位)__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ 完成日期:2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩(五级记分制):______ __________ 指导教师(签字):________ ________

目录

1课程设计任务书 设计题目:基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任:指导教师:胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日

2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数,对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高,温控系统的控制技术得到了迅速发展,能否成功地将温度控制在所需范围内,关系到整个活动的成败,由于控制对象的多样性和复杂性,导致采用的温控手段的多样性,且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点,给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 2.1功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块,电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块,温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V,电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号,温度传感器采用Pt100,测温范围0-200℃,Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃,因此满足实验的要求。 2.2控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后,控制快速性以及控制精度较难权衡,因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象,已经有了各种不同的温度控制方法,包括最经典的PID控制算法,模糊控制算法,神经网络控制,最优控制等等,这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平,采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为:由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度,再由温度加热器内部调理电路,将温度信号转换为4-20mA的电流信号,电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端,通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制,然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V(实际程序控制只需输出0-5V)方式电压输出控制温度加热器的加热电压,达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程,包括实时温度,PID三个参数(Kp、Ti、Td),以及输出控制流量,绘制实时曲线,棒图等。PLC通过DP总线与PC连接,WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接,达到数据传输的目的。 以此,一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。

现场总线控制系统设计

摘要 基于现场总线的控制系统是热工控制系统的发展方向,目前基于现场总线的控制系统在电厂中还没有应用. 本文介绍了现场总线控制系统FCS(Field-bus Control System)的发展,以及FCS的结构及主要技术特点。全面分析了CAN底层协议和应用层协议DeviceNet的技术特点、协议规范,根据现场对系统的要求,设计出一个基于CAN总线的控制系统,系统充分利用CAN总线的优点,具有较高的可靠性、良好的开放性和互换性。并且针对这种系统存在的问题进行了分析并提出措施.

ABSTRACT Field bus control system is the development direction of the thermal control system, field bus control system in the power plant has not been applied. This paper introduces a fieldbus control system (FCS Field-bus Control System), as well as the structure and main technical features of FCS. CAN bottom of a comprehensive analysis of the application layer protocol agreement and the technical features DeviceNet, norm, the scene of the system requirements, design of a control system based on CAN bus, CAN bus system to take full advantage of the merits of improving the system reliability and openness. This system also analyzes the problems and proposed measures.

工业现场总线的应用

摘要 现场总线FF(Field Bus)的概念起源于70年代,现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS(Field-bus Control System)。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备,用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络,将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构,降低了成本,提高了可靠性,实现了控制管理一体化的结构体系。 本文介绍了CAN总线技术,以及CAN总线在以摩托罗拉16位单片机MC9S12为中央控制器的某汽车仪表系统中的应用,并对该系统总体结构及其中CAN通信模块的软硬件设计作了说明。 关键词:现场总线,PROFIBUS-DP,CAN总线,MC9S12,汽车,仪表

Abstract Fieldbus FF (Field Bus) concept originated in the 70's, Fieldbus has developed into computer networks, communication technology, field control, production management, etc. as one of the field bus control system FCS (Field-bus Control System). Communication line will extend to the production site has been producing equipment for process and manufacturing automation equipment or field instrument field-site communication network interconnection, the traditional DCS network structure into a two-tier network architecture, reduce costs, Improve the reliability, control and management to achieve the integration of architecture. This paper introduces the CAN Bus technology as well as the application of CAN Bus in MOTOROLA-16-bit single chip MC9S12 central controller for a car instrument system. It also explains the system in the overall structure and the design of the software and hardware CAN communication modules. Keyword:Field Bus, CAN Bus ,Car instrument

基于Profibus现场总线的交流伺服控制系统设计

基于Profibus现场总线的交流伺服控制系统设计 1. PLC控制程序设计 系统中以西门子S7-315-2DP作为Profibus现场总线主站提供与力士乐位置控制器CLM直接而便利的高速循环通信服务,通讯速率高、控制适时性好、抗干扰能力强且编程简单。在PLC编程软件STEP7中导入位置控制器CLM设备数据库文件(IN2_04eb.gsd),完成硬件网络组态,为位置控制器分配网络地址,该地址必须与控制器参数中设置的相同,在组织块OB中选用SFC14“DPRD_ DAT”,SFC15“DPWR_ DAT”系统功能块向位置控制器接收/发送过程数据。 在位置控制器参数B007中设置与主站的总线通讯率,参数B008中设置从站网络地址,并选择参数过程数据对象(PPO)类型,这样系统的现场设备与PLC之间通过Profibus-DP总线可以完成数据的读写和控制数据的传输,如控制字、状态字、给定值和实际值等。除过程数据外,Profibus-DP也传输传动系统的参数设置和诊断信号。 PLC根据联动线的运行速度、操作指令及裁断装置的状态对皮带、刀架进行协调控制。胎面在两条运输带之间的贮存量使传感器产生相应模拟量输出信号,并与前段运输带的速度综合起来按照一定的算法决定裁断皮带的运行速度,从而通过PLC相应地改变速度使运输带协调平稳运行。用户根据产品生产需要相应设置胎面裁断长度等参数,通过总线完成PLC与位置控制器之间的数据传输。 2. 位置控制器CLM的伺服程序设计 力士乐位置控制器CLM是一种紧凑型、模块化二/四轴数控系统,直接驱动力士乐DKC伺服驱动器完成交流伺服电机的精确定位运行,本系统中二套力士乐DKC伺服驱动器分别完成传送带定长传送和裁断刀架横移的控制。位置控制器带有丰富的指令集,可在其操作面板或装有编程软件(MotionManger)的计算机上完成控制程序的编写。 裁断伺服控制程序框图如图3所示,程序主要由总线通讯、传送皮带控制和裁断刀架控制三部分组成。控制器与PLC之间控制和状态信息的传送由总线通讯程序完成,控制器接收PLC传送的控制信息如速度值、长度值和操作指令等,同时将运行状态信息传送给PLC进行分析、显示;传送带控制程序完成传送带伺服电机运行的速度和位置控制,进行胎面裁断的精确定长和平稳快速运行;裁断刀架控制程序完成裁断刀架横向移动切割和其辅助装置的控制,保证裁刀动作的正常执行,得到较好的切割端面。

现场总线技术课程设计

现场总线技术课程设计 一:课程设计要求 1.掌握iCAN总线的原理 2.掌握iCAN总线模块的功能及用法 3.掌握iCAN总线组网技术 4.掌握iCAN网络及模块的测试软件使用方法 5.掌握ZOPC 服务器的使用方法 6.掌握ZOPC服务器与组态软件的互联方法 7.了解组态软件操作iCAN模块的方法。 二:实践内容: 1.了解iCAN实验台的布局及功能 2.使用iCANtest软件测试模块功能 3.使用ZOPC服务器测试模块功能 4.运行MCGS软件控制步进电机的运行 5.MCGS软件的数据通路剖析 三: 报告内容: 1.简要说明iCAN 各模块的功能。 答: iCAN-4050模块:数字量输入输出 iCAN-2404模块:继电器输出 iCAN-4017模块:模拟量输入 iCAN-4400模块:模拟量输出 iCAN-5303模块:热电阻输入 iCAN-6202模块:热电偶输入 iCAN-7408模块:计数器 2.iCAN模块是如何设置模块地址? 如何设定波特率的?它与ZOPC服务器是如何对应的? 答: 模块的CAN 波特率和MAC ID 是通过拨码开关SW1 进行设定。拨码开关SW1 在模块内部,需要打开模块外壳以后才能够进行设定。拨码开关的各位拨向“ON“位置时,该位为“0”,如果拨向“OFF”位置,则该位为“1”。拨码开关的1-6 位用于设定模块的MAC ID,第一位为最低位,第六位为最高位,模块的MAC ID 是各位对应的十进制值之和,通过拨码开关设定模块的MAC ID 的有效范围为0~63。拨码开关的7-8 位用于设定模块的波特率,第七位为低位,第八位为高位。

相关主题
相关文档 最新文档