基于SoC的NCSF总线系统的研究与设计术
0章节 数控系统现场总线以其高可靠性、抗干扰性的优点限于于数控系统掌控通信,随着现场总线在工业掌控领域的应用于,现场总线早已沦为下一代数控系统各设备单元之间数据交换的主要媒体。高档数控系统的特点是高速、低精,而高速低炼的数控加工拒绝数控各设备单元之间的数据交换媒体能已完成数据的高速动态传输,因此数控系统现场总线系统是要求下一代高档数控产业发展的一个最重要因素。 传统的总线系统(明确系统结构关系如图1右图)构建为数控系统平台通信系统日。
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本文摘要:0章节 数控系统现场总线以其高可靠性、抗干扰性的优点限于于数控系统掌控通信,随着现场总线在工业掌控领域的应用于,现场总线早已沦为下一代数控系统各设备单元之间数据交换的主要媒体。高档数控系统的特点是高速、低精,而高速低炼的数控加工拒绝数控各设备单元之间的数据交换媒体能已完成数据的高速动态传输,因此数控系统现场总线系统是要求下一代高档数控产业发展的一个最重要因素。 传统的总线系统(明确系统结构关系如图1右图)构建为数控系统平台通信系统日。

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0章节  数控系统现场总线以其高可靠性、抗干扰性的优点限于于数控系统掌控通信,随着现场总线在工业掌控领域的应用于,现场总线早已沦为下一代数控系统各设备单元之间数据交换的主要媒体。高档数控系统的特点是高速、低精,而高速低炼的数控加工拒绝数控各设备单元之间的数据交换媒体能已完成数据的高速动态传输,因此数控系统现场总线系统是要求下一代高档数控产业发展的一个最重要因素。  传统的总线系统(明确系统结构关系如图1右图)构建为数控系统平台通信系统日。

的一部分,主要已完成上层应用软件如PLC模块,运动控制模块等与数控系统总线所连的控制器,I/0等从车站设备之间的数据通信。总线系统通过NC(NumericalControl,数控)主机的通信接口(PCI、USB等)将通信数据发送到主车站板卡,由主站板卡继续执行PC机分段数据总线串行数据的发送到/接管处置工作。主车站板卡为非常简单的硬件发送电路,数据帧的PCB、无法访问,差错控制,时钟实时等工作几乎由总线系统继续执行,必须闲置大量的CPU时间和NC主机内存,从而减少了NC主机的阻抗。

  图1传统总线系统结构关系  中国科学院沈阳计算技术研究所数控总线实验室参考国家标准GB/T18759.3-2009《开放式数控系统第3部分:总线模块与通信协议》研发的数控实时现场总线NCSF(NumericalControlSynchronousFieldBus)在数控现场总线动态通信方面具备良好的性能展现出。  针对上述问题本文依据数控现场总线NCSF明确提出一种基于SoC的总线系统构建方法,设计搭配Xilinx公司的XC3S500EFPGA芯片,明确设计中,使用MicroBlaze硬核CPU构建链路层及应用层协议处置。本文将在先前章节对总线系统的架构设计和构建方法展开明确阐释并对统性能展开分析。

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  1背景讲解  1.1NCSF概述  为符合开放式数控系统总线通信的实时性、同步性、可靠性及可拓展拒绝,NCSF总线参照ISO/OSI通信模型,由物理层、数据链路层、应用层、用户层行规构成,如图2右图。  图2数控现场总线NCSF网络模型  物理层负责管理协商总线在物理媒体中传输比特流所需的各种功能,定义总线接插件和传输媒体的机械和电气规约,以及为再次发生传输所必需已完成的过程和功能;数据链路层为应用层获取周期、动态、无差错的数据链路;应用层负责管理确保站点间的安全性、可信的数据传输通路,并为用户层行规的命令与接收者获取传输服务;用户层行规为装置特征、功能特性和不道德的规范。

  NCSF基于ISO/IEC8802.3物理层规范设计,利用网络构建高速、低可信动态数据和基于以太网的非动态数据的传输。通信由主设备发动,主要反对单个主设备和多个从设备间的数据通信、站号的自动分配、网络拓扑结构检测、广播通信、基于广播机制的集总帧通信服务、点对点通信服务、总线延时测量和时间砍服务。在确认的网络拓扑结构下,从车站设备对集总帧动态发送确保了通信的实时性,而周期性掌控居多车站不道德。

  1.2SoC及硬件概述  SoC称作系统级芯片,也有称之为片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包括原始系统并有映射软件的全部内容。  FPGA(FiledProgrammableGateArray)是用户现场可编程门阵列集成电路的全称,它使用方便,转变逻辑功能更容易构建,需要符合现代通信发展的市场需求。  MicroBlaze嵌入式硬核是一个被Xilinx公司优化过的可映射在FPGA中的RISC处理器硬核,运营速度高达150MHz,使用哈佛体系结构,具备独立国家的32位指令总线和32位数据总线,非常适合设计针对网络、电信、数据通信和消费市场的简单嵌入式系统。  2基于SoC的NCSF总线系统的架构设计  基于SoC的NCSF总线系统保有NCSF总线协议栈的用户层行规在NC主机中构建,以用户层行规模块的形式为控制器驱动、主轴驱动、I/O等从车站获取标准化的系统应用于模块(API)。

协议栈的应用层和数据链路层构建在FPGA嵌入的MicroBlaze处理器中,因应FPGA内部的高精度时钟、CRC处置、PHY掌控等软逻辑模块,构建NCSF总线通信掌控功能。FPGA开发板用于PCI卡与用户层行规模块程序通信,数据链路层PCB的数据最后经由以太网PHY芯片发送到。明确层次结构如图3右图。


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