FPGA和ARM的Profibus-DP主站通信平台设计.
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南京理工大学硕士学位论文基于ARM的PROFIBUS-DP主站设计与研究姓名:黄治文申请学位级别:硕士专业:控制理论与控制工程指导教师:姜建芳20090608硕士论文基于ARM的PROFIBUS.DP主站设计与研究摘要本文针对目前国内基于PROFIBUS.DP的产品价格昂贵,安装和维护成本高等缺点,以山西某大型煤矿的空压机监控系统自动化改造工程为例,在重点研究了PROFIBUS.DP协议的基础上自行提出了一套PROFIBUS.DP现场总线控制系统,并详细设计了该系统中的PROFIBUS.DP主站部分。
本文首先提出了一套基于PROFIBUS.DP技术的现场总线控制系统并在其基础上完成了PROFIBUS.DP主站的总体设计。
其次本文选用ARM+PROFIBUS主站协议芯片的开发方式,重点论述了主站的硬件设计。
再次本文根据PROFIBUS.DP协议的结构设计PROFIBUS.DP主站软件模块,确定各模块间关系并详细设计了主站与主站用户之间的共享数据结构。
接着本文讨论了PROFIBUS.DP主站软件在l上C/OS—II操作系统上可靠运行需注意的几个技术细节。
最后本文给出了基于ARM的PROFIBUS.DP主站的调试方案。
研究结果表明基于ARM的PROFIBUS.DP主站能够在不降低系统稳定性的基础上有效降低成本。
使基于PROFIBUS.DP的现场总线系统得到大面积推广成为可能。
关键词:PROFIBUS现场总线,PROFIBUS.DP主站,ARM,l-tC/OS.II操作系统Abstract硕士论文AbstractThepaperaccordingtothedisadvantageofthisprojectsuchastheequipmentswereexpensive,thehighcostofinstallationandmaintenance.ThepaperusesautomationmodificationprojectofsupervisionandcontrolsystemforcompressorsincertainnationalmineenterpriseinDatong,Shanxiasexample,givesacontrolsystemwhichbasedonthefieldbusofPROFIBUS—DPaftermainlyresearchesonthePROFIBUS—DPprotoc01.ThentheautherdesignsamasterofPROFIBUS—DPwhichisapartofthecontrolsystemindetail.ThepaperfirstlygivesacontrolsystemwhichbasedonthefieldbusofPROFIBUS—DPandgeneraldesignofthemasterofPROFIBUS—DESecondythepaperMopsthedevelopmentmethodofARMplusmastercommunicationchipofPROFIBUSanddiscussesthehardwaredesignofmasterofPROFIBUS—DPindetail.AgainthepaperdesignsthesoftwaremoduleofmasterofPROFIBUS..DPbaseonthestructureofPROFIBUS..DPprotocol,definestherelationshipamongthesemodules,definestheshareddatastructureofmasteranduser.ThenthepaperdiscussessometechnicaldetailsonhowthesoftwarerunningstablelyontheoperatesystemofuC/OS-II.FinallythepapergivesadebuggingprogramofthemasterofPROFIBUS—DP.ResearchresultshowsthatthemasterofPROFIBUS.DPbasedonARMcarl10werthecostofthesystemobviouslybutwithoutlowerthestatbilityofit.ItmakesthewidelypromotionofsystemsgroundonPROFIBUS-DPpossible.Keywords:PROFIBUSFieldbus,PROFIBUS-DPMaster,ARM,laC/OS-IIⅡ声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。
基于ARM与FPGA的PROFIBUS-DP智能主站设计与实现李丽娜;郝莉
【期刊名称】《中国仪器仪表》
【年(卷),期】2011(0)S1
【摘要】针对PROFIBUS现场总线发展现状,介绍了几种实现PROFIBUS-DP主站的可行方案,主要阐述基于ARM与FPGA的DP主站实现,完成相应的硬件设计和软件设计,并在文中给出主要的硬件结构图和程序流程图。
【总页数】4页(P80-83)
【关键词】PROFIBUS-DP主站;ARM与FPGA;从站状态机
【作者】李丽娜;郝莉
【作者单位】北京和利时系统工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH7
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基于ARM的PROFIBUS-DP通信模块的研究与设计
房立镇;程广河;吕国华
【期刊名称】《信息技术与信息化》
【年(卷),期】2010(000)005
【摘要】为了使SK系列PLC接入PROFIUBS-DP网路,提高SK系列PLC的兼容性,从而提高其市场影响力,本文提出了一种基于ARM7的PROFIBUS-DP通信模块,SK系列PLC通过接插件与该通信模块连接后可以实现与PROFIBUS-DP网路的无缝对接.
【总页数】3页(P39-40,44)
【作者】房立镇;程广河;吕国华
【作者单位】山东省计算中心,山东济南,250014;山东轻工业学院,山东济
南,250353;山东省计算中心,山东济南,250014
【正文语种】中文
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基于ARM芯片实现PROFIBUS—DP从站接口电路的设计作者:赵磊来源:《中国新通信》2014年第20期【摘要】本文提出以ARM芯片和PROFIBUS—DP协议芯片为核心的从站接口设计,采用STM32F103处理用户程序,由VPC3+C协议芯片实现PROFIBUS—DP协议的转换。
从硬件和软件设计两个方面阐述从站接口的设计和实现方法。
【关键词】现场总线 PROFIBUS-DP从站 VPC3+C STM32F103一、引言现场总线是一种工业数据总线,近年来得到了迅速的发展。
现场总线有三种形式:Profibus—DP、Profibus—FMS、Profibus—PA,其中Profibus-DP以其灵活性和可靠性等优点得到了世界范围内的广泛应用,但并不是每个设备都可以接到Profibus网络中,这就使得为工业设备开发Profibus通信接口显得尤为重要。
二、PROFIBUS-DP从站接口设计的整体思路PROFIBUS—DP用于分散外设间高速数据传输,适用于加工自动化领域。
Profibus的传输速率为96~12kbps,最大传输距离在12kbps时为1000m,可用中继器延长至10km,最多可接127个站点。
Profibus协议模型中第一层是物理层,第二层是数据链路层,三至六层未使用,第七层是应用层,最后是用户层。
Profibus—DP从站接口选用STM32F103处理用户发送的数据,协议芯片VPC3+C处理Profibus—DP数据链路层的协议,通过RS485实现物理层通信。
采用协议芯片不必去了解PROFIBUS-DP的具体细节,只要了解协议的相关内容,这样使我们更方便的设计接口电路。
本文设计的PROFIBUS-DP从站接口在总线控制系统中的大体框架。
三、PROFIBUS-DP从站硬件接口的设计目前Profibus-DP从站开发有两种方案:(1)单片机+软件,但需要了解通信中的大量的协议;(2)单片机+Profibus通信的专用芯片,该芯片集成了Profibus通信所有的协议,避免对大量协议的掌握。
PROFIBUS-DP 主站通信程序设计通信程序主要函数假设已经设计好了能完成某种功能的从站,就可以编写主站测试程序来测试从站的性能。
下面承受CP5611 网络接口卡,以FBPRO-8DI 八路数字量输入智能节点为例介绍PROFIBUS-DP 主站通信程序设计,编程环境使用VC++6.0。
本程序能够完成应用程序的初始化、数据读入、数据输出和应用程序的复位等根本操作。
PROFIBUS-DP 主站通信程序设计步骤为:①在VC++6.0 下创立一个应用程序;②将CP5611 网络接口卡供给的DPN_USER.H 和DPLIB.LIB 两个文件拷贝到刚刚建的工程根名目下,并且添加到应用程序中;③在VC++6.0 环境下编写通信程序。
6.4.1通信程序中主要函数介绍1.定义变量dpn_interface dpn_ptr; //使用前必需首先定义dpn_interface 的构造:struct dpn_interface{struct REFERENCE reference; //子构造体unsigned char stat_nr;//站地址unsignedchar length; //返回数据长度unsignedshort int error_code; //错误代码unsignedchar slv_state; //DP 从站状态unsignedchar sys_state; //DP 主站状态unsignedchar sys_event; //大事信息unsigned char user_data [MAX_DATA_LEN];//数据区};struct REFERENCE{unsigned char board_select; //CP 板卡选择设置unsigned char access; //系统访问设置};2.初始化函数dpn_init(&dpn _ptr)编写上位机程序时,在对CP5611/5613 进展访问操作之前必需调用初始化函数。
PROFIBUS-DP从站通信控制器的设计与实现的开题报告一、项目背景PROFIBUS-DP作为现场总线之一,广泛应用于工业现场网络中。
其主要应用领域包括自动化生产控制、工业过程控制等。
在使用PROFIBUS-DP网络时,通信控制器是整个系统的核心部分,控制器的精度和可靠性直接决定了整个系统的性能。
本项目的目的是研究PROFIBUS-DP从站通信控制器的设计与实现,针对当前市场上大部分控制器存在的问题,如可靠性差、实时性差、数据处理能力不足等,进行改进和优化,提高控制器的精度和可靠性,以帮助工业现场网络的稳定运行。
二、研究内容1. 研究PROFIBUS-DP从站通信控制器的性能需求和技术规范。
2. 研究PROFIBUS-DP从站通信协议和数据传输方式,掌握其通信机制和数据处理方式。
3. 设计PROFIBUS-DP从站通信控制器的硬件和软件模块。
4. 实现PROFIBUS-DP从站通信控制器的功能,包括数据采集、数据处理、数据存储、数据传输等。
5. 对PROFIBUS-DP从站通信控制器进行性能测试和优化,确保其稳定运行和可靠性。
三、预期成果1. 设计完成一款符合PROFIBUS-DP从站通信控制器性能需求和技术规范的硬件和软件模块。
2. 实现PROFIBUS-DP从站通信控制器的基本功能,包括数据采集、数据处理、数据存储、数据传输等功能。
3. 对PROFIBUS-DP从站通信控制器进行性能测试和优化,确保其稳定运行和可靠性。
4. 发表一篇相关论文,介绍PROFIBUS-DP从站通信控制器的设计和实现过程,以及性能测试和优化结果。
四、研究方法本项目主要采用如下研究方法:1. 文献研究法:对PROFIBUS-DP从站通信控制器的性能需求和技术规范、通信协议和数据传输方式等相关文献进行系统研究。
2. 硬件设计法:设计符合PROFIBUS-DP从站通信控制器技术规范的硬件模块,包括芯片选型、电路设计、PCB设计等。
PROFIBUS-DP主站和从站通讯的设计与实现摘要:本文介绍了PROFIBUS现场总线技术的特点并结合SIEMENS公司的S7-300 PLC、通讯模块CP342-5 及ET200M等相关产品组建PROFIBUS-DP网络。
讨论了该网络的组态、STEP 7程序的编制以及现场设备GSD文件的建立方法,并详细讨论了PROFIBUS-DP主从站数据交换的实现方法。
关键词:PROFIBUS-DP网络;通讯;可编程序控制器;网络组态1 引言PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线,也是目前数据传输率最快的一种现场总线(传输率可达12Mbit/s),因此在很多领域内得到了广泛的应用。
它由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。
其中,PROFIBUS-DP在数据传输速率、效率和低连接成本方面特别适用于自动化系统与分散外围设备之间的通信。
使用PROFIBUS-DP可取代24V(DC)或4~20mA信号传输。
PROFIBUS-DP用于现场的快速数据交换时,以中央自动化设备(如PLC/PC或过程控制系统)为主站,通过串行连接与分散的现场设备(如I/O、驱动器和阀门及测量变送器)组成通信网络。
主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息,也可利用PROFIBUS-DP提供扩展的非循环通信服务,用于智能现场设备的参数化、诊断、操作监控和报警处理等,通信方式灵活方便。
2 基于PROFIBUS-DP的主站和从站的通讯2.1 硬件部分在综合分析PROFIBUS-DP网络各种典型配置后,本文构建的PROFIBUS-DP网络如下:以研华工控机(插有SIEMENS公司的CP5613通讯卡)作为上位机及一类主站;以S7-300 PLC作为智能从站,为具典型性两个从站选用不同的配置,从站1的CPU为CPU315-2DP(带集成的DP接口)不需要DP通讯模块,从站2的CPU为CPU314(不带DP接口)需要通讯模块CP342-5 ;以ET200M作为从站1的远程I/O从站(选用IM153-1接口模块),用于采集现场数据。
基于PROFIBUS-DP总线的主从网络通讯平台的设计高巍;孟晓风;董登峰【摘要】In industrial control systems set up by PLC taken as a hardware platform, the PROFIBUS-DP is usually used in communication between the upper level PC and the lower level PLC. Although the industrial configuration software is easy to use, sometimes it is lack of flexibility and specialty in medium and large-scale industrial control systems. In order to obtain a building method of more flexible communication platform, a direct programming way is used for PROFIBUS network card. This method improves the real-time performance of the communication between systems by one order of magnitude, and significantly reduces the development cost of systems.%在以PLC为硬件平台搭建的工控系统中常使用PROFIBUS-DP作为上位机、下位机间通信的手段.使用工业组态软件虽配置方便,但有时难以满足大中型工控系统构建中的特异性与灵活性需求.为了获得更加灵活的通信平台搭建方案,在此采用了对PROFIBUS网卡直接编程的方法.该方法将系统间通信的实时性提高了一个数量级,另外还大幅降低了系统开发的成本.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)002【总页数】4页(P43-46)【关键词】PROFIBUS-DP;PLC;主从网络;通信平台;组态软件【作者】高巍;孟晓风;董登峰【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TN915.0-340 引言PROFIBUS是由Siemens等公司组织开发的一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准,是目前国际上通用的现场总线标准之一[1-2]。
PROFIBUS_DP主站和从站通讯的设计与实现PROFIBUS_DP(Process Field Bus - Decentralized Periphery)是一种用于工业自动化领域的通信协议,主要用于连接主站(Master)和从站(Slave)之间进行高效、可靠的数据交换。
1.网络规划和布线:在设计和实施PROFIBUS_DP通信网络之前,需要进行网络规划和布线。
这包括确定主站和从站的物理位置,确定总线长度和拓扑结构,选择合适的网络线缆和连接器,并确保电缆长度、封装和终端阻抗等参数符合规范要求。
2.主站和从站选择:根据系统要求和通信需求,选择合适的PROFIBUS_DP主站和从站设备。
主站设备通常具有更强大的处理能力和更丰富的通信功能,而从站设备则主要负责执行具体的控制任务。
3.通信参数设置:在开始通信之前,需要对主站和从站的通信参数进行设置。
这包括波特率、传输速率、帧格式、地址分配等参数的配置。
主站和从站需要使用相同的通信参数才能正确地进行通信。
4.主站和从站通信协议:PROFIBUS_DP主站和从站之间的通信协议是实现通信的核心。
主站负责发送请求,从站负责响应请求并返回相应结果。
通信协议通常包括数据帧的格式和解析规则、握手和确认机制、错误处理等内容。
主站和从站需要根据PROFIBUS_DP协议规范进行开发和实现。
5.数据交换和处理:主站通过发送请求,从站接收请求并返回响应,主站接收响应,并进行数据处理。
这涉及到数据包的传输和解析,数据的读写和处理,错误的检测和恢复等。
主站和从站需要按照PROFIBUS_DP协议规范来实现数据的交换和处理。
6.系统测试和调试:在设计和实现完PROFIBUS_DP主站和从站通信之后,需要进行系统测试和调试。
这包括检查通信连接的正确性,测试通信的可靠性和稳定性,验证数据的准确性和一致性,以及排除可能存在的通信故障。
总结起来,PROFIBUS_DP主站和从站通信的设计和实现需要进行网络规划和布线、选择合适的设备、设置通信参数、实现通信协议、进行数据交换和处理,以及进行测试和调试。
基于ARM的PROFIBUS-DP主站设计与研究的开
题报告
1. 研究背景和意义
PROFIBUS-DP作为现场总线之一,广泛应用于工业自动化控制领域。
目前市场上的PROFIBUS-DP主站多数采用基于PC机的实现方案,存在
设备成本高、能耗大和稳定性差等缺点。
因此,基于ARM平台的PROFIBUS-DP主站设计和研究,具有成本低、能耗小和稳定性高等优势,具有重要的实际应用价值。
2. 研究内容和方法
本项目旨在设计和研究基于ARM平台的PROFIBUS-DP主站,在硬
件上采用ARM Cortex-M系列微控制器,完成主站的控制和通信功能;在软件上采用PROFIBUS-DP协议栈,实现主站与从站之间的通讯,并通过PC仿真平台进行测试和验证。
具体步骤包括:
1)研究PROFIBUS-DP通信协议标准,分析主站和从站之间的通讯
机制和数据交换格式。
2)设计和实现基于ARM Cortex-M系列微控制器的PROFIBUS-DP
主站硬件电路,完成通讯和控制功能。
3)采用PROFIBUS-DP协议栈实现主站与从站之间的通讯功能,并
在PC仿真平台上进行调试和测试。
4)总结分析PROFIBUS-DP主站的设计和实现方法,评估其在实际
工业应用中的可行性和优劣势。
3. 研究成果和预期效果
本项目的预期成果是设计和实现基于ARM平台的PROFIBUS-DP主站,并完成仿真与测试。
在此基础上,本项目可进一步研究PROFIBUS-DP主站的性能优化、通讯稳定性等方面,为工业自动化控制领域提供可靠的通信解决方案,推动行业技术的发展和进步。
ARM与FPGA通信接口板设计关键词:双口RAM;乒乓操作;流控机制1 概述某项目中需设计一块通信接口板,实现ARM 2440核心板和FPGA信号处理板之间的通信,因该板交换速率达到10Mbps,要求不能频繁中断ARM处理器,且具备流控机制,设计上有一定难度,基于双口RAM设计了乒乓操作机制和流控机制,有效地降低了系统负荷。
2 电路及驱动设计2.1 接口板电路设计接口板基于两片双口RAM芯片IDT CY7C007AV实现,电路示意图如图1所示。
每片CY7C007AV有8KB的存储空间,12位地址总线,8位数据总线。
为提高端口读写效率,FPGA对ARM发送时采用乒乓操作方式,ARM对FPGA发送时采用流控方式。
由于核心板扩展槽的地址总线和数据总线位宽限制,采用两片双口RAM,一片供FPGA向ARM发送数据用,另一片供ARM向FPGA发送数据用,以下分别建成上部双口RAM和下部双口RAM。
上部双口RAM分为两部分,供FPGA采用乒乓操作方式写入数据,FPGA写完上半部后通过在EINT5上产生上升沿中断通知ARM,写完下半部后通过通过在EINT6上产生上升沿中断通知ARM。
下部双口RAM供ARM向FPGA写入数据,其接线方式与上部双口RAM类似。
两块双口RAM的电路采用对称方式,其电路如图2所示。
两片双口RAM可以互换,下部双口RAM也可供FPGA写入数据,而ARM则写入上部双口RAM。
在实际测试中,两种方式均测试过。
ARM与双口RAM连接时,采用SRAM时序,为避免/减弱二次反射,ARM与总线驱动之间加33欧的串联匹配电阻,匹配电阻靠近扩展槽的近端。
FPGA端对双口RAM的读写也采用SRAM时序,在与双口RAM连接时均串了33欧姆的匹配电阻。
由于核心板上ARM处理器距离接口板较远,接近十厘米,且核心板为四层板,总线驱动能力较弱,在ARM处理器和双口RAM之间添加四片总线驱动芯片,除增加总线驱动能力外还可通过关断总线驱动芯片,避免接口板噪声干扰核心板。
FPGA和ARM的Profibus-DP主站通信
平台设计
摘要:提出一个使用FPGA和ARM微控制器实现Profibus-DP主站(1类)通信平台的解决方案;解析了Profibus-DP通信协议,重点是令牌轮转协议;给出了该主站通信平台的系统构建。
该通信平台可以独立实现Profibus-DP主站(1类)与其他主站(1类和2类)的令牌传递的主主通信功能,以及其与从站的主从通
信功能。
关键词:Profibus-DP;主站;令牌传递;FPGA;ARM引言Profibus-DP是由西门子公司推出的一种开放式现场总线标准,用于现场级分布式自动
摘要:提出一个使用FPGA和ARM微控制器实现Profibus-DP主站(1类)通信平台的解决方案;解析了Profibus-DP通信协议,重点是令牌轮转协议;给出了该主站通信平台的系统构建。
该通信平台可以独立实现Profibus-DP主站(1类)与其他主站(1类和2类)的令牌传递的主主通信功能,以及其与从站的主从通
信功能。
关键词:Profibus-DP;主站;令牌传递;FPGA;ARM
引言
Profibus-DP是由西门子公司推出的一种开放式现场总线标准,用于现场级分布式自动化外设之间的高速数据传输。
Profibus在2007年4月突破2000万节点大关。
据PI(世界性的现场总线Profibus用户组织)称现在已经超过2 500万个节点,并希望在2012年突破5 000万个节点,年销售芯片450万个。
目前国内业界对于Profibus-DP的研究和相关产品的开发都是基于国外提供的专用协议芯片(主站多数采用西门子推出的ASPC2,从站多采用SPC3等
智能通信芯片),而没有协议芯片样机开发的相关报道。
对于主站的开发,国内一些科研院所(北航706教研室、中科院、浙大等)也曾利用可编程逻辑器件配合MCU设计出简单主站的试验产品,但是这些产品仅能实现单主站的功能,对于组成强大的Profibu-DP网络还望尘莫及。
为了打破国外芯片的垄断,推动国内相关芯片及产品的开发,本文提出了一种FPGA与ARM相结合的方式解决Profibu-DP 1类主站的主主通信及主从通信问题,实现了比较完整的主站研制方案。
1 Profibus-DP主站通信机理及技术特性
1.1 Profibus-DP主站通信协议
Profibus协议的结构以OSI为参考模型,DP使用第1层、第2层和用户接口,第3层到第7层未加以描述。
一个DP系统既可以是一个单主站结构,也可以是一个多主站结构,本文涉及的是多主站结构。
多主站结构使用混合的总线访问控制机制,主站之间采取令牌控制方式;令牌在主站之间传递,拥有令牌的主站拥有总线访问控制权;主站与从站之间采取主从的控制方式。
令牌是一种特殊的报文,如下所示:
SD为开始分界符,DA为目的地址,SA为源地址。
令牌环是所有主站的组织链,按照主站的地址构成逻辑环。
在这个环中,令牌在规定的时间内按照地址的升序在各主站间依次传递,用户通过编写令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时问内得到令牌,之后该主站就可以在规定的时间内与所属从站通信,也可与所有主站通信。
其中主站与所属从站间的数据通信由主站按已确定的循环顺序自动地进行处理。
1.2 令牌循环时间分析
最坏情况下令牌循环时间为:
其中,TTH为站点令牌保持时间,TTS为令牌的整体传输延迟,TMA为令牌维护时间。
在不考虑出错重发的前提下,N个主站令牌的整体传输延迟TTS=N·TTK,TTk是发送令牌PDU(协议数据单元)需要的时间。
高优先级报文的传送时间为THMS,报文数量为M
为L
入上述公式可得:
2.2 ARM控制器部分程序设计
ARM控制器程序对应于Profibus通信协议数据链路层之上的DDLM直接数据链路映射程序、主站通信状态机、应用层数据接口及应用层。
本设计对Profibus-DP协议按层次封装为函数,层层调用。
2.2.1 Slave_Handler状态机
Slave_Handler状态机功能块负责实现主从通信功能,根据从站状态做出相应处理,有固定的处理次序,每次调用Slave_Handler状态机产生一个DDLM请求,从而控制从站进入相应的通信状态。
Slave_Handler状态转换图如图2所示。