下载文档原格式
基于以大网的运动控制卡通信模块设计杨亮亮12 !李翔史伟民!!鲁文其1(!浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州310018;2.杭州汇苹智能科技有限公司，杭州311121)摘要:针对高速高精度运动控制系统对数据采集和传输速度的需求，设计并实现了一种基于DSP和以太网芯片W5100S的运动控制卡。
该文详细论述了上位P C和下位机运动控制卡的通信模块的设计，包括硬件结构、软件框架等。
同时，针对U D P协议本身存在的不可靠性，设计了一套简单、高效的通信协议，保证了传输链路的可靠性，确保了数据的完整性和正确性。
针对多机通信的需求，介绍了一种基于C++的局域网IP地址扫描的实现方法。
该方法通用性好，可移植性强，具有一定的参考意义。
关键词#以太网芯片；运动控制卡；通信模块;通信协议;I地址扫描中图分类号:TP23 文献标识码:A文章编号#1000 -0682(2020"03 -0024 -05DesijFn of communication module of motion control card based on EthernetYANG Liangliang1,2,LI Xiang1,SHI Weimin1,LU Wenqi1(1. Faculty o f Mechanical Engiiwering and Automation, Zhejiang Sci - Tech University, Hangzhou 310018 ,China；2. Mstar Technologies，Inc. , HangzZoo 311121, China #A bstra c t：A motion control card based on DSP and Etliemet chip W5100S is designed and implemented to meet t lie demand of high speed and high precision motion control system for data acquisitionand transmission speed.In this paper,the design of communication module between host PC and s motion control card i s discussed in detail,including hardware structure and software framework.At thesame tim e,aiming at the unreliability of UDP protocol itse lf，a set of simple and efficient communication protocol is designed to ensure the reliability of transmission lin k and the integrity and correctness of data.According to the requirement of m ulti - machine communication，this paper introduces an implem method of LA N IP address scanning s oftware based on C ++.This method has good generalityb ility，and has certain reference significance.Keywords：Etliemet chip；motion control card；communication module；communication protocol；IPaddre<<canning〇引言随着计算机技术和微电子技术的快速发展，作 为现代工业自动化技术关键组成部分，对控制系统 的速度和精度提出了更高的要求。
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）通信协议因其高带宽、低延迟和易扩展的特性，在嵌入式系统中得到了广泛应用。
本文将详细介绍面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现过程，通过对其体系结构和功能的全面描述，旨在为相关开发人员提供一定的参考。
二、EtherCAT协议概述EtherCAT是一种实时以太网通信协议，其核心思想是将实时控制任务的数据传输与标准以太网进行无缝集成。
EtherCAT协议通过分布式时钟和状态机机制，实现了对数据的高效、实时传输。
在嵌入式系统中，EtherCAT协议的应用能够显著提高系统的响应速度和数据处理能力。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款基于Xilinx FPGA和ARM Cortex-A9处理器的嵌入式系统。
其具有高性能、低功耗的特点，广泛应用于工业控制、医疗设备、智能交通等领域。
在ZYNQ平台上实现EtherCAT协议，能够更好地满足实时性、稳定性和可扩展性的需求。
四、EtherCAT通信协议栈设计1. 整体架构设计EtherCAT通信协议栈的设计包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
其中，物理层负责与硬件设备进行数据传输；数据链路层负责帧的封装与解析；网络层负责数据的路由与转发；应用层则提供丰富的接口供上层应用使用。
2. 详细设计（1）物理层设计：物理层采用标准的以太网物理层芯片，通过MII/GMII接口与ZYNQ平台进行连接。
（2）数据链路层设计：数据链路层负责将上层数据封装成EtherCAT帧，并实现帧的发送与接收。
此外，还需要实现分布式时钟同步机制，以保证数据的实时性。
（3）网络层设计：网络层主要负责数据的路由与转发。
在EtherCAT协议中，网络层需要实现SDO（Service Data Object）访问和PDO（Process Data Object）通信等功能。
一种基于DSP的网络数据处理系统研究摘要：目前，计算机技术、通信技术的发展有效的促进了网络数据采集系统普及和应用。
本文基于dsp设计了一种具有主（arm）、从（dsp）结构的网络数据处理系统，通过fpga将其有效的集成在一起，能够实现数据的快速处理、实时的动态信号采集、可靠的网络传输等功能，满足了网络数据处理系统的要求。
关键词：数据处理；arm；dsp；主从结构中图分类号：tp274目前，随着计算机、网络等技术的发展，已经在人们工作、生活的领域中得到了广泛的应用。
数据采集是能够帮助人们实现各种业务功能，比如视频监控、远程过程控制等。
由于人们工作的需要，在最大限度降低成本的基础上，数据采集的实时性和可靠性越来越重要。
本文基于笔者多年的设计经验，基于dsp技术设计了一套主从结构的嵌入式网络化数据处理系统，能够大大的地降低数据采集和处理的成本，同时提供高可靠性的数据处理需求。
1 网络数据处理系统总体设计本文数据采集和处理系统中，采用a/d和门阵列fpga （fieldprogrammablegatearray）实现了数据的采集和处理功能[1]。
本文系统设计过程中，使用dsp技术能够有效的实现数据采集、存储和分析等处理工作，大大的简化并降低主处理器arm的工作压力，实现网络数据处理和监控的功能。
基于主从结构的设计思想和dsp技术设计和开发嵌入式的数据采集、分析和处理系统，不但能够实现精确采集频数据信号，同时能够保证数据分析、处理的准确性、可靠性和实时性，系统稳定可靠。
网络数据处理系统包括数据采集和控制、数据传输控制、网络传输、主从系统、主处理器arm和从处理器dsp接口[2]。
数据采集控制可以使用dsp技术通过fpga实时完成现场传感数据信号提取，并且能够实现a/d信号转换。
由于dsp的运行速度比较高，同时要与主机arm通信、完成数据处理功能，为了降低dsp 的等待时间，在dsp与a/d转换芯片之间增加数据缓冲器，以便能够匹配高速dsp处理器件和低速数据采集功能，系统的数据采集和处理端以dsp技术为核心，并且采用缓冲的原则实现网络数据处理系统。
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）通信协议以其高速、实时、高效率的特性，在嵌入式系统领域得到了广泛应用。
ZYNQ嵌入式平台作为一款高性能、低功耗的SoC（System on a Chip）芯片，为EtherCAT通信协议的实现提供了理想的硬件基础。
本文将详细介绍面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现。
二、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，主要用于工业自动化控制领域。
它通过优化数据传输和同步机制，实现了高速、实时、高效率的通信。
EtherCAT协议栈包括物理层、数据链路层、网络层和应用层等多个层次，其中物理层和数据链路层由硬件实现，应用层则由软件实现。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款基于Xilinx FPGA和ARM Cortex-A9处理器的SoC芯片，具有高性能、低功耗、可扩展等优点。
其硬件架构包括可编程逻辑（FPGA）和处理器系统（PS），为EtherCAT通信协议的实现提供了良好的硬件基础。
四、EtherCAT通信协议栈设计在ZYNQ嵌入式平台上实现EtherCAT通信协议栈，需要从硬件和软件两个方面进行设计。
1. 硬件设计：（1）选择合适的以太网控制器芯片，与ZYNQ嵌入式平台的处理器系统（PS）进行连接，实现物理层和数据链路层的通信。
（2）设计可编程逻辑（FPGA）电路，实现EtherCAT协议的编码和解码功能。
2. 软件设计：（1）设计应用层软件，实现EtherCAT协议的报文处理、数据传输和同步等功能。
（2）设计驱动程序，与硬件进行交互，实现数据的收发和通信功能的控制。
五、EtherCAT通信协议栈实现在实现EtherCAT通信协议栈时，需要遵循以下步骤：1. 配置以太网控制器芯片的参数，如IP地址、子网掩码等，建立与ZYNQ嵌入式平台的连接。
前言Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。
通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。
它已经成为一通用工业标准。
有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。
它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。
它制定了消息域格局和内容的公共格式。
当在Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。
如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。
在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。
这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，源源超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
DSP既是Digital Signal Processing的缩写(数字信号处理的理论和方法)或者是Digital Signal Processor(用于数字信号处理的可编程微处理器)的缩写。
我们所说的DSP技术,则一般指将通用的或专用的DSP处理器用于完成数字信号处理的方法和技术。
数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10－50倍。
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化与信息化的不断融合，EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）作为一种高效的实时以太网通信协议，被广泛应用于工业控制系统中。
ZYNQ嵌入式平台因其高性能、低功耗和丰富的外设接口等优势，成为实现EtherCAT 通信的理想平台。
本文旨在详细阐述面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现过程。
二、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，具有高带宽、低延迟和可扩展性强等特点。
该协议将传统工业现场总线的物理层和链路层与以太网的网络层结合，同时增加了主从节点之间的通信过程描述。
通过精确的时钟同步机制和分布式系统控制能力，EtherCAT协议在实时性和稳定性方面表现出色。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款高性能、低功耗的FPGA+ARM双核架构的处理器，具有丰富的外设接口和可编程逻辑。
该平台通过Xilinx ZYNQ-7000系列处理器实现软硬件的灵活配置，满足各种工业应用需求。
由于ZYNQ嵌入式平台的可扩展性和强大的处理能力，它被广泛应用于EtherCAT等工业控制网络中。
四、EtherCAT通信协议栈设计EtherCAT协议栈的设计主要分为网络层和应用层两个部分。
在网络层，主要完成数据的传输与同步，包括数据的封装和解封装等；在应用层，则主要完成设备的配置、状态监测等功能。
1. 网络层设计网络层的设计主要包括数据帧的封装和解封装过程。
在发送数据时，将数据按照EtherCAT协议的格式进行封装，并通过以太网发送出去；在接收数据时，对接收到的数据进行解封装，提取出原始数据。
此外，还需要设计精确的时钟同步机制，以保证主从节点之间的数据传输准确无误。
2. 应用层设计应用层的设计主要关注设备的配置和状态监测等功能。
国产化软件无线电平台设计与实现[摘要]在基于国产FPGA+DSP进行软件无线电平台研制并成功实现的技术基础上，通过全面总结分析说明了系统板、业务板和接口板的研制及实现，为今后研制软件无线电平台或国产化嵌入式系统提供技术借鉴。
[关键词]VPX、软件无线电、国产化。
1．引言：软件无线电是一种新的无线电系统体系结构，是一种现代无线电工程的设计方法、设计理念，其基本思想是将开放性、可扩展、简化的硬件作为通用平台，尽可能多地利用可重配置、可扩展组件实现无线电功能的软件。
但在软件无线电平台大量采用国外软硬件产品，给我国信息安全带来很大的隐患，因此研究支持自主可控的国产化软件无线电平台软硬件关键技术，提高信息安全防护能力成为当前迫切的需求。
随着国产处理器芯片、国产操作系统等部件技术的不断发展和成熟稳定，基于国产部件研制国产自主可控软件无线电平台已经具备研制条件。
本文就一款基于国产化FPGA+DSP、操作系统部件完全自主研制的软件无线电平台进行技术经验总结，分析说明了系统板、业务板和接口板的研制及实现，为今后研制软件无线电平台或国产化嵌入式系统提供技术借鉴。
2．总线技术经过多年的研究发展，软件无线电平台现阶段的硬件体系结构有三种，分别为流水式、工作站式和总线式。
流水式硬件结构的特点就是信号流向为流水式单线，一个平台可以是一个单板， FPGA、DSP和GPP(通用处理器)为其核心器件，FPGA用于并行的高速协处理，基带信号由FPGA和DSP负责，而和用户相关的应用层由GPP处理。
流水式软件无线电结构存在独立程度不高，没有统一并开放的接口标准，使得系统的通用性和伸缩性很差，所以这种结构仅适用于某些特定的通信系统中，不能满足复杂软件无线电系统的要求。
工作站式硬件结构特点是：通过以太网或PCI-Express使PC工作站和前端处理卡互联，处理卡完成AD/DA转换、上下变频、速率转换等功能。
无线信号的处理通过PC工作站的GPU或CPU进行。
基于W5300以太网接口的伺服控制系统设计倪晓宇;楚建安;严建海【摘要】在DSP+CPLD伺服控制系统中，采用以太网控制器W5300，实现以太网的接入。
介绍了W5300的工作原理，阐述了系统的硬件设计及软件实现。
该设计方案开发周期短、硬件连接简单、体积小，能够实现基于TCP协议的数据通信。
%In the DSP+CPLD servo control system, using the Ethernet controller W5300, realizes the Ethernet connection. Introducing the working principle of W5300 ,and elaborated the system hardware design and software implementation.The design development cycle short, simple hardware connection, small volume, can realize the data communication based on TCP protocol.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】3页(P102-103,106)【关键词】伺服控制;DSP;CPLD;W5300;数据通信【作者】倪晓宇;楚建安;严建海【作者单位】西安工程大学电子信息学院，陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院，陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院，陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TN919随着伺服控制系统对系统的实时控制精度的要求越来越高，传统单纯的采用DSP作为主控器已无法满足要求，现代伺服控制系统多采用DSP+CPLD的两级控制。
同时，由于网络控制的优势日益突出，使得网络控制在工业控制中得到广泛应用。
