| 视频名称： | 用一个FPGA实现多个工业以太网协议 |
|---|---|
| 浏览次数： | 20149 |
| 播放时长： | 10:05 |
| 标签： | Altera FPGA |
| 简介： | 视频翻译如下： 大家好。我是Jeff Winett，Altera的一名应用工程师。今天，我将与您共同研讨一些基于FPGA的解决方案，帮助您开发需要工业以太网协议的系统。 这是工厂以及过程自动化系统中常见的协议类型。现在，在您的工业以太网系统中通过使用FPGA，您获得了性能和通用性优势，以及灵活的平台，保护产品不会过时，这些都是您保持竞争力所必须的。 Altera已经与多家工业以太网解决方案供应商进行了合作，因此，我们实际上能够为他们所有的开放标准工业以太网协议提供支持。 这些协议都是基于相同的IEEE标准，因此，您可以使用一个基于FPGA的平台来开发或者链接您所选择的协议。 某些协议需要高速实时性能。对于这些协议，实时功能在硬件中以专用协议MAC的形式实现，而其他功能由运行在处理器中的软件堆栈进行处理，这些处理器嵌入在FPGA中，例如，运行在Cyclone III FPGA中的Altera Nios II软核处理器。 今天，我向您介绍的大部分演示都采用了这种方式进行开发。让我们看一下它们是怎样工作的。 在我们的前两个演示中，介绍Softing的PROFINET和EtherCAT解决方案。 这些演示实际上在一片Cyclone III FPGA中同时集成了电机控制和工业以太网。这非常简洁，而今天我们将重点介绍的是工业以太网功能。 这里是设置。首先，我们有一个Softing的以太网模块。它连接至PC，可以通过PC来配置FPGA，设计中含有工业以太网专用MAC和运行专用协议软件堆栈的Nios II处理器。 然后，是PROFINET PLC，即可编程逻辑控制器，它可以用作主机，发送PROFINET协议编码命令，控制电机怎样转动。 FPGA中的专用协议MAC解释这些命令，将其发送给电机控制器电路板，就是这里的第三块电路板——我们的Unjo电机控制板，它连接至无刷直流电机。 由Unjo电路板实际驱动电机。根据PLC产生的命令，以太网模块接收、解释并发送这些命令，如果PROFINET通信正常，那么，我们应该能看到电机开始转动。 第一步是将控制电机的程序下载到PLC中，我们使用这里的7个步骤软件将电机控制程序下载到Siemens PLC中，它知道将哪些PROFINET编码命令发送到我们的以太网模块中。 在下载菜单中，我们选择PLC，然后，删除掉PLC中当前的系统数据，代之以我们的电机控制程序，现在，PLC配置了我们的电机控制程序。 下一步是采用PROFINET专用MAC配置我们的FPGA，以及运行软件堆栈的Nios-II处理器。对此，我们使用Quartus II编程器，得到需要的软件文件。 我们按下Start，配置电路板上的Cyclone III器件。现在，PROFINET MAC以OpenCore Plus的方式运行。 我们让它继续运行，切换到Nios II IDE。在这里，我们选择Run，准备运行Nios II多处理器，名为PROFINET的演示。 我们选择Run，将软件程序下载到FPGA中。正在下载。我们已经成功地将软件程序下载到Nios II处理器中。 最后一步是运行PLC，它开始发送PROFINET编码命令。按下Run，您可以看到，我们的电机开始旋转，表明我们成功地通过PROFINET协议实现了PLC和FPGA之间的通信。 好的，然后我们看一下EtherCAT协议。我们打算把采用了PROFINET协议的PROFINET PLC或者Siemens PLC断开，连接Beckhoff PLC，采用EtherCAT协议进行通信。 我们把它插到工业以太网模块中。现在，Beckhoff模块保持其配置不变，因此，它已经配置了我们的电机控制程序，这说明我们需要做的是采用EtherCAT专用MAC和Nios II设计来配置我们的FPGA。 按下Quartus II编程器上的Start按钮，下载软件文件。再次以OpenCore Plus的方式运行EtherCAT MAC。 现在，我们切换到Nios II IDE，运行EtherCAT演示。我们将软件程序下载到Nios II处理器，它运行在工业以太网模块上，我们成功完成了这一工作。 现在，我们应该能看到电机在旋转，的确如此。您可以看到，我们成功实现了Beckhoff模块与工业以太网模块之间的EtherCAT通信。 这非常简单。我们在这个工业以太网小模块上配置FPGA，使其能够与EtherCAT或者PROFINET PLC进行通信。 这两个演示都得到了我们的合作伙伴Softing的许可，Softing可以单独销售这一工业以太网模块，因此，您可以把它集成到现有系统中，让它来处理与您所选择的任何协议之间的通信。 或者，如果您希望将工业以太网解决方案集成到新设计中，Softing以IP内核的形式提供PROFINET和EtherCAT MAC，许可后，在相同的FPGA中实现更全面的解决方案。 除了我们刚刚介绍的PROFINET和EtherCAT解决方案，Softing还为Modbus TCP和EtherNet/IP提供堆栈。 现在，让我们看一下另一演示，来自合作伙伴IXXAT的演示。 在这里，我们将介绍怎样使用IXXAT的工业以太网模块来支持POWERLINK协议。 这一演示在其结构中含有一块基于PCI的卡，它实际用作我们的POWERLINK主机，通过以太网电缆连接至IXXAT的工业以太网模块。 该电路板连接到这块较大的基本板，基本板模拟了工厂自动化设备，观察电路板上LED的点亮和熄灭，我们能够确定POWERLINK的通信，表明通过POWERLINK协议成功实现了通信。 现在，FPGA的配置实际存储在工业以太网模块中，在这一闪存中，因此，当电路板上电时，配置被自动装入到Cyclone III器件中，我们已经得到了Nios II处理器以及装入的相应MAC。 我们需要做的是在这台PC上启动这一测试应用程序。这样，我们能够与PCI卡进行通信。对固件进行初始化。 我们应该能看到反馈回来的检查结果都正常。的确正常。我们的固件完成了初始化。现在，下载CDC文件。等待实际用作POWERLINK主机的PCI卡和工业以太网模块之间通信链路的建立。 我们看到成功完成了初始化，开始工作。选择电极(?)，看一下这里的LED，电路板上相应的LED点亮，模拟了工厂自动化设备，表征LED也点亮了。 再看另一个，它在电路板上点亮了，在GUI中，表明我们已经通过POWERLINK协议成功建立了通信。 我们的想法是帮助您在系统中增加这一工业以太网模块，将其连接至控制设备的主机处理器，在现有设备中轻松加入工业以太网通信链路。 这意味着您不必重写控制软件，通过您所选择的工业以太网协议实现与设备的通信。 IXXAT销售这一工业以太网模块。他们还以IP内核的形式提供解决方案，您可以对其进行许可，利用这些内核在FPGA中实现更完善的解决方案。 通过这些演示，您了解了FPGA是怎样支持各种工业以太网协议的，您可以在相同的FPGA平台上轻松方便的修改协议。 如果您打算在设计中实现工业以太网协议，请联系您的Altera销售代表或者访问altera.com/industrial。 这样，您可以获得怎样购买这些IP内核以及软件堆栈等方面的信息。我是Jeff Winett。大家不断完善设计，而我们将帮助您更轻松的进行设计。感谢您的观看。 |
关心FPGA如何实现底层以太网协议