Powerlink實(shí)時(shí)以太網(wǎng)介紹課件

1、Powerlink開發(fā)總結(jié)王科驅(qū)動(dòng)軟件部2022/8/201第1頁(yè)，共30頁(yè)。目錄1. 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Powerlink協(xié)議介紹2. Powerlink項(xiàng)目介紹3. 開發(fā)中遇到的問(wèn)題4. B&R交流合作2022/8/202/30第2頁(yè)，共30頁(yè)。1. Powerlink協(xié)議介紹1.1 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)-工業(yè)以太網(wǎng)-實(shí)時(shí)以太網(wǎng)RTE應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)控制與運(yùn)動(dòng)控制;相關(guān)總線：EtherCAT, SERCOSIII,ProfiNET從標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)到實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，需要解決：確定性通訊時(shí)鐘同步（1588、EtherCAT）在總線上高效地、高頻地交換小數(shù)據(jù)可靠性2022/8/203

2、/30第3頁(yè)，共30頁(yè)。1.1 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)RTE與OSI模型2022/8/204/30第4頁(yè)，共30頁(yè)。1.1 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)IEC61800通訊協(xié)議應(yīng)用協(xié)議驅(qū)動(dòng)故障2022/8/205/30第5頁(yè)，共30頁(yè)。1. 2 Powerlink簡(jiǎn)介Powerlink通訊原理：2022/8/206/30第6頁(yè)，共30頁(yè)。1.2 Powerlink協(xié)議棧協(xié)議棧模型2022/8/207/30第7頁(yè)，共30頁(yè)。1.3 Powerlink特點(diǎn)FPGA(NIOS)開源，OpenPowerlink協(xié)議棧開源內(nèi)網(wǎng)同步方式，SOC主從周期性數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊主站要安裝專有網(wǎng)卡雙網(wǎng)口帶Hub任意插2022/8/208/30第8

3、頁(yè)，共30頁(yè)。2. Powerlink項(xiàng)目介紹2.1 需求及變更移植Powerlink FPGA從站（原始需求）開發(fā)FPGA + ARM架構(gòu)從站變更原因：項(xiàng)目早期定方案開發(fā)CANOpen 402接口 (IEC61800-201)變更原因：方案升級(jí)開發(fā)Powerlink主站伺服控制402接口庫(kù)原因：資源配置空檔，機(jī)器人只關(guān)心運(yùn)動(dòng)控制的上層機(jī)器人接口，不關(guān)心伺服的控制聯(lián)合開發(fā)機(jī)器人控制測(cè)試程序原因：機(jī)器人展會(huì)，非機(jī)器人計(jì)劃中的任務(wù)開發(fā)BR主站，擺脫BR主站的束縛原因：BR成本 高；方便故障測(cè)試；提供主從整體方案；協(xié)議棧開源（只需附加RTOS）；已實(shí)現(xiàn)PC做主Powerlink的改進(jìn)同步性能增強(qiáng)；解

4、除主站實(shí)時(shí)要求及專有網(wǎng)卡2022/8/209/30第9頁(yè)，共30頁(yè)。2. 2從站結(jié)構(gòu)AP=伺服ARMPCP=FPGA Powerlink Protocol2022/8/2010/30第10頁(yè)，共30頁(yè)。2. 2從站結(jié)構(gòu)FPGA2022/8/2011/30第11頁(yè)，共30頁(yè)。2. 3 軟件結(jié)構(gòu)FPGA+NIOS+ARM與伺服通訊中間接口應(yīng)用層協(xié)議402無(wú)縫替換EtherCAT、Powerlink、（CANOpen）2022/8/2012/30第12頁(yè)，共30頁(yè)。2.4 編寫工具對(duì)象字典及XDD描述文件生成2022/8/20Cia 402+ IEC61800標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出的excel +自定義對(duì)象NIO

5、S側(cè)對(duì)象字典；xdd文件；ARM側(cè)對(duì)象；ARM側(cè)連接代碼等13/30第13頁(yè)，共30頁(yè)。2. 5 主站控制接口BR主站不支持402AS 伺服庫(kù)基于SDC實(shí)軸方案支持PLCAPC2022/8/2014/30第14頁(yè)，共30頁(yè)。2. 6 例子2022/8/20機(jī)器人移植替換BR伺服例子Import STEP xddSTEP servo typePI, t_predictIO Mapping15/30第15頁(yè)，共30頁(yè)。2. 7多軸同步中斷延遲補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)傳輸補(bǔ)償(PHY)SOC抖動(dòng)補(bǔ)償2022/8/20Tset = Toffset + (Tc-t1)16/30第16頁(yè)，共30頁(yè)。2. 7多軸同步Syn

6、chronization of 6 STEP servo drivers (PWM jitter)2022/8/2017/30第17頁(yè)，共30頁(yè)。2. 8 展示機(jī)器人展會(huì)2022/8/2018/30第18頁(yè)，共30頁(yè)。3. 開發(fā)中遇到的問(wèn)題3.1 涉及的技術(shù)方便交流芯片編程ARM+FPGA（NIOS）FPGA并口（防止讀寫相互干擾）及FSMCFPGA以太網(wǎng)協(xié)議棧CANOpen 301協(xié)議及402對(duì)象字典的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)編程（PC主站）：基于WinPCap以太網(wǎng)編程Xml及C代碼生成BR PLC及工控機(jī)編程IEC61131編程編程語(yǔ)言C，C#，Python，VHDL，Verilog，2022/8/2

7、019/30第19頁(yè)，共30頁(yè)。3. 開發(fā)中遇到的問(wèn)題3.2 列舉大家可能會(huì)遇到的一定要使用版本管理軟件（跟蹤、回退、協(xié)作等）NIOS：不要都打開指令Cache和數(shù)據(jù)Cache, volatile也不起作用通訊不能中斷，需打印調(diào)試系統(tǒng)，如DEF_DEBUG_LVL = 0 xEC002F00L；ARM ITM；注意多中斷干擾、 FSMC時(shí)序、堆棧大小、執(zhí)行時(shí)間注意內(nèi)存對(duì)齊等和編譯器相關(guān)的選項(xiàng)（跨平臺(tái)器件編程）如果有標(biāo)準(zhǔn)，就參照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)，如IEC 61800/402增加主動(dòng)性，不要等別人，如B&R和機(jī)器人部2022/8/2020/30第20頁(yè)，共30頁(yè)。3.3 引申-跨平臺(tái)的程序跨平臺(tái)的程序或開源

8、代碼或例子程序移植CPU位數(shù)、特色（除法器、浮點(diǎn)單元）、ARM/X86大小端內(nèi)存對(duì)齊編譯器附加選項(xiàng)定義庫(kù)定義如memcpy等2022/8/2021/30第21頁(yè)，共30頁(yè)。4. B&R交流合作4.1 控制器結(jié)構(gòu)、思想控制庫(kù)：IO-Driver-Motion-Robot雙系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)（Windows NT+ VxWorks+AS Runtime結(jié)構(gòu)）Powerlink總線思想開發(fā)自己的總線IEC61131編程環(huán)境與C混編硬件結(jié)構(gòu)2022/8/2022/30第22頁(yè)，共30頁(yè)。4.2 Safety國(guó)標(biāo)IEC61508-電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全功能安全的基本原則衍生應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，比如伺服IEC61800-5-2Open Safety：面向通信的安全協(xié)議棧定義SIL142022/8/2023/30第23頁(yè)，共30頁(yè)。4.2 Safety定義風(fēng)險(xiǎn)及降低概率的方法完整生命周期2022/8/2024/30第24頁(yè)，共30頁(yè)。4.2 Safety硬件安全：各元件、歷史失效數(shù)據(jù)、危害權(quán)重軟件安全2022/8/2025/30第25頁(yè)，共30頁(yè)。4.3 Open Safety實(shí)施例2022/8/2026/30第26頁(yè)，共30頁(yè)。4.3 Open SafetyModel2022/8/2027/30第27頁(yè)，共30頁(yè)。4.3 Open Safety