1、.1大作業(yè)題目Linu*操作系統(tǒng)下的POWERLINK主站和從站通信課 程 名 稱 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用 院系、部、中心 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化班 級(jí)學(xué) 生 姓 名學(xué) 號(hào)設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)指 導(dǎo) 教 師目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc408783458一、課程設(shè)計(jì)的目的 PAGEREF _Toc408783458 h 3HYPERLINK l _Toc408783459二、課程設(shè)計(jì)題目及要求 PAGEREF _Toc408783459 h 3HYPERLINK l _Toc4087834601、題目 PAGEREF _Toc408783460 h 3HYPE

2、RLINK l _Toc4087834612、設(shè)計(jì)要求PAGEREF _Toc408783461 h 3HYPERLINK l _Toc408783462三、環(huán)境搭建 PAGEREF _Toc408783462 h 3HYPERLINK l _Toc4087834631、硬件環(huán)境： PAGEREF _Toc408783463 h 3HYPERLINK l _Toc4087834642、軟件環(huán)境： PAGEREF _Toc408783464 h 3HYPERLINK l _Toc4087834653、源代碼和安裝文件： PAGEREF _Toc408783465 h 4HYPERLINK l _

3、Toc408783466四、powerlink的原理 PAGEREF _Toc408783466 h 4HYPERLINK l _Toc4087834671、Powerlink是ICE國際標(biāo)準(zhǔn)，通信描述 PAGEREF _Toc408783467 h 4HYPERLINK l _Toc4087834682、Powerlink網(wǎng)絡(luò)建構(gòu) PAGEREF _Toc408783468 h 5HYPERLINK l _Toc4087834693、通信過程 PAGEREF _Toc408783469 h 5HYPERLINK l _Toc4087834703、主站發(fā)送參數(shù)的配置過程 PAGEREF _To

4、c408783470 h 8HYPERLINK l _Toc4087834714、從站接收配置之通信參數(shù)配置 PAGEREF _Toc408783471 h 8HYPERLINK l _Toc4087834725、openCONFIGURATOR介紹 PAGEREF _Toc408783472 h 9HYPERLINK l _Toc408783473五、操作過程 PAGEREF _Toc408783473 h 9HYPERLINK l _Toc4087834741、主從站之間的通信 PAGEREF _Toc408783474 h 9HYPERLINK l _Toc4087834752、open

5、CONFIGURATOR應(yīng)用 PAGEREF _Toc408783475 h 19HYPERLINK l _Toc408783476六、實(shí)習(xí)體會(huì) PAGEREF _Toc408783476 h 28一、課程設(shè)計(jì)的目的通過對(duì)Powerlink的理論學(xué)習(xí)和完成Powerlink的主站和從站通信的實(shí)踐工作，將這門課程的理論知識(shí)尤其是Powerlink這種現(xiàn)場(chǎng)總線的理論和應(yīng)用知識(shí)進(jìn)一步穩(wěn)固和完善，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事相關(guān)專業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)的根底。二、課程設(shè)計(jì)題目及要求1、題目Linu*操作系統(tǒng)下的POWERLINK主站和從站通信2、設(shè)計(jì)要求掌握Powerlink的工作原

6、理，使用開源的openConfigurator對(duì)主站和從站進(jìn)展配置，對(duì)開源的openPOWERLINK代碼在Linu*系統(tǒng)下進(jìn)展編譯實(shí)現(xiàn)主站和從站的通信功能，利用網(wǎng)絡(luò)診斷工具wireshark檢查和驗(yàn)證通信功能。三、環(huán)境搭建1、硬件環(huán)境：一臺(tái)PC機(jī)，安裝兩臺(tái)虛擬機(jī)，一臺(tái)作為主站，另一臺(tái)作為從站2、軟件環(huán)境：a)安裝虛擬機(jī)VMware player；b)安裝Linu*操作系統(tǒng)Ubuntu；c)安裝程序文件產(chǎn)生器Do*ygen；d)安裝編譯安裝工具CMakee)安裝網(wǎng)路數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)庫libpcap作為網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)3、源代碼和安裝文件：aopenPowerlink源代碼，需要在Linu*下編譯；bop

7、enConfigurator源代碼，需要在Linu*下編譯；c可以不編譯openConfigurator源代碼，直接在32位Windows環(huán)境下運(yùn)行openConfigurator可執(zhí)行文件，用來配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)。將生成的mnobd.cdc文件和*ap.h文件拷貝到openPowerlink源代碼的指定目錄下，供主站配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。四、powerlink的原理1、Powerlink是ICE國際標(biāo)準(zhǔn)，通信描述 IEC 61784- - 2 效勞和協(xié)議 IEC 61158- - 300 IEC 61158- - 400 IEC 61158- - 500 IEC 61158- - 600 設(shè)備描

8、述 ISO 15745- -1 1目前中國唯一實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T- - 27960 2、Powerlink網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)Powerlink是一個(gè)三層的通訊網(wǎng)絡(luò)，它規(guī)定了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層3、通信過程本次課程設(shè)計(jì)我們安裝兩個(gè)ubuntu操作系統(tǒng)，一個(gè)作為主站，一個(gè)作為從站。其中，主站發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)給從站，同時(shí)從從站接收一個(gè)數(shù)據(jù)。如以下圖所示：POWERLINK 的主站和從站事先定義了一些對(duì)象，這些對(duì)象的聲明在 objdict.h中。這些對(duì)象的作用就是用來存儲(chǔ)通信數(shù)據(jù)的。以下圖為通信模型。 節(jié)點(diǎn)i節(jié)點(diǎn)k通信過程為：1、主站把需要通信的 object 的數(shù)據(jù)，組成發(fā)送數(shù)據(jù)楨，發(fā)送給從站。

9、從站接收到該數(shù)據(jù)楨，將數(shù)據(jù)楨中的數(shù)據(jù)解析，放到從站自身的object 中。2、 同樣道理從站把需要通信的 object 的數(shù)據(jù)，組成發(fā)送數(shù)據(jù)楨，以播送的方式發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)上。主站或其他從站接收到該數(shù)據(jù)楨，將數(shù)據(jù)楨中的數(shù)據(jù)解析，放到從站自身的 object 中。3、因此，POWERLINK 的通信，實(shí)際上就是主站上的 object 與從站上的 object 之間相互通信。需要注意的是，相互通信的兩個(gè) object，在數(shù)據(jù)長度上最好一樣，否則，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。例如主站上*一個(gè)object 的數(shù)據(jù)長度為 16bits, 而*個(gè)從站上的 object 為 8bits，這兩個(gè)object 要通信， 可能會(huì)出現(xiàn)

10、主站發(fā)來的 16bits 的數(shù)據(jù)要被保存到從站的 8bits 的 object 上，這就造成了數(shù)據(jù)的喪失。通信模型的要點(diǎn)：1對(duì)象字典 由通信模型可知，要通信，首先需要有 object，所有 object 的集合，就成為對(duì)象字典。通信之前，首先要定義對(duì)象字典。2映射參數(shù)mapping ： 描述object 與數(shù)據(jù)楨中數(shù)據(jù)段對(duì)應(yīng)關(guān)系的參數(shù)叫做 映射參數(shù)mapping ).這個(gè)參數(shù)描述了 object 如何組建成數(shù)據(jù)楨；以及如何將數(shù)據(jù)楨解析，將數(shù)據(jù)楨中的數(shù)據(jù)存放到 object 中。3應(yīng)用程序中對(duì) object 的 通信的最終目的是為應(yīng)用程序效勞，將通信的數(shù)據(jù)交給應(yīng)用程序使用。Object 是通信協(xié)

11、議與應(yīng)用程序之間的接口，通信協(xié)議將數(shù)據(jù)保存至 object 或者從 object 把數(shù)據(jù)取走。應(yīng)用程序從另外一測(cè)與 object 打交道。3、主站發(fā)送參數(shù)的配置過程主站和從站的區(qū)別：每個(gè)循環(huán)周期，從站只需要發(fā)送一個(gè) TPDO 的數(shù)據(jù)幀。而主站如果基于請(qǐng)求/應(yīng)答模式，一個(gè)循環(huán)周期需要向網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送一次請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀 Preq，而且相應(yīng)的也會(huì)收到從站的回復(fù) Pres，一個(gè) Preq 數(shù)據(jù)幀就是一個(gè) TPDO,而一個(gè) Pres 數(shù)據(jù)幀，就是一個(gè) RPDO。這也就意味著主站在發(fā)送時(shí)，需要有多個(gè)發(fā)送 TPDO的通道；在接收時(shí)，需要有多個(gè)接收 RPDO 的通道。舉例來說，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)里，有 1 個(gè)主

12、節(jié)點(diǎn)和 3 個(gè)從節(jié)點(diǎn)。此時(shí)主站需要 3 個(gè)發(fā)送通道和 3 個(gè)接收通道。4、從站接收配置之通信參數(shù)配置 參數(shù) 0*14* 描述接收配置的通信參數(shù)，* 的取值圍為 0*00 至 0*FF。該參數(shù)描述了此節(jié)點(diǎn)需要接收來自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。從前面講述的 POWERLINK 根本原理可知，POWERLINK 支持穿插通信，因此每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接收來自另外一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。所以一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)接收通道。例如 0*1400 是一個(gè)通道，接收來自主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則就把 0*1400/0*01 的值設(shè)為 0默認(rèn)值設(shè)為 0，表示接收來自主站的請(qǐng)求數(shù)據(jù)；0*1401 是一個(gè)通道，接收來自 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則就把

13、 0*1401/0*01 的值設(shè)為 3，這樣該節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)循環(huán)周期你既接收來自主站的數(shù)據(jù)，也接收來自 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。5、openCONFIGURATOR介紹 如果使用手動(dòng)配置網(wǎng)絡(luò)，則每次修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，都要重新編譯程序，重新下載，顯然在*些場(chǎng)合是不能承受的。 而且手動(dòng)配置的過程過于復(fù)雜。 因此手動(dòng)配置適合用于產(chǎn)品開發(fā)和調(diào)試階段。當(dāng)產(chǎn)品開發(fā)完成，交付給客戶時(shí)，就不適合使用手動(dòng)配置的方式來配置網(wǎng)絡(luò)。 為此我們提供了一個(gè)工具 openCONFIGURATOR，使用此工具可以方便快速的組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輕松地配置各個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)。openCONFIGURATOR 是一個(gè) POWERLINK 的

14、組網(wǎng)工具或者組態(tài)工具。 該工具的輸入為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 *DD 文件， 輸出文件主要是后綴名.cdc的網(wǎng)絡(luò)配置文件。該 cdc 文件是一個(gè)二進(jìn)制文件，保存了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的配置信息。主站會(huì)根據(jù)這個(gè) cdc 文件來配置網(wǎng)絡(luò)主站的參數(shù)， 以及各個(gè)從站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)以及循環(huán)周期等參數(shù)，這個(gè)文件不是程序的一局部，他只是一個(gè)存儲(chǔ)文件。五、操作過程1、主從站之間的通信在vm虛擬機(jī)下安裝Ubuntu操作系統(tǒng)按以下圖的步驟進(jìn)展配置填寫用戶名密碼并且配置完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)安裝并翻開，填寫密碼登陸后進(jìn)入操作系統(tǒng)桌面，翻開終端進(jìn)展操作。下載程序文件產(chǎn)生器do*ygen下載編譯安裝工具cmake下載網(wǎng)路數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)庫li

15、bpcap作為網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)下載wireshark工具6.將下載好的openCONFIGURATO文件以及openPOWERLINK源代碼復(fù)制到虛擬機(jī)的磁盤中。進(jìn)入prj/openPOWERLINK-v2.0.2-2/doc/software-manual文件夾下運(yùn)行do*ygen文件產(chǎn)生指導(dǎo)書，過程及結(jié)果如以下圖生成底層配置文件并進(jìn)展編譯，過程及結(jié)果如下所示底層文件配置成功按照指導(dǎo)書上的過程生成可執(zhí)行文件由上圖可知主站的可執(zhí)行文件已經(jīng)生成，此時(shí)進(jìn)入安裝文件夾下，復(fù)制該虛擬機(jī)作為從站，然后進(jìn)展如下配置生成可執(zhí)行文件。可知從站可執(zhí)行文件已生成。運(yùn)行主站的可執(zhí)行文件，進(jìn)展主站和從站之間的通信。配置主站通

16、信選擇eth0網(wǎng)卡通信成功，主站傳輸數(shù)據(jù)配置從站通信選擇相應(yīng)與主站一樣的網(wǎng)卡eth0通信成功，從站接收到來自主站的數(shù)據(jù)。翻開wireshark，通過此工具觀察主從站之間的通信過程翻開wiresharkB在界面中選擇主從站配置時(shí)選擇的網(wǎng)卡eth0，點(diǎn)擊start開場(chǎng)通信C如以下圖所示，可以觀察到主從站之間通信的數(shù)據(jù)信息2、openCONFIGURATOR應(yīng)用openCONFIGURATOR的安裝進(jìn)入openCONFIGURATOR-v1.3.1-linu*-i386文件夾運(yùn)行confiture可執(zhí)行文件，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)下載安裝所需文件編譯成功可以在gui文件夾下看到可執(zhí)行文件openCONFIGU

17、RATOR,運(yùn)行此文件?？煞_openCONFIGURATOR如以下圖進(jìn)展配置 在此頁面的“choose save option下的三個(gè)選項(xiàng)中選擇poompt選項(xiàng)，其作用是當(dāng)用戶修改了配置或退出時(shí)，openCONFIGURATOR會(huì)淡出一個(gè)窗口詢問是否保存。 接下來如上圖所示，導(dǎo)入主站的*DD文件，我們選擇import *DD/*DC選項(xiàng)，是因?yàn)榇诉x項(xiàng)用于用戶自己開發(fā)的主站或者第三方提供的主站，來導(dǎo)入與主站相對(duì)應(yīng)的*DD文件。并在接下來彈出的窗口中選擇“yes選項(xiàng)，openCONFIGURATOR會(huì)自動(dòng)計(jì)算并填寫主站中如下參數(shù)的配置信息，完成了添加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置的工程，并在網(wǎng)絡(luò)里添加了一個(gè)默認(rèn)的

18、主站的工作。 然后進(jìn)展從站的添加工作，如以下圖進(jìn)展配置在彈出的窗口中填好相應(yīng)的從站名稱，節(jié)點(diǎn)號(hào)以及與主站相似的選項(xiàng)。觀察從節(jié)點(diǎn)，單擊*個(gè)從節(jié)點(diǎn)，顯示如下界面，如以下圖進(jìn)展配置“pollResponse Timout選項(xiàng)是指主站接收該從站pollresponse數(shù)據(jù)幀的超時(shí)時(shí)間，也可看作主站為該從站發(fā)送數(shù)據(jù)所分配的時(shí)間片 然后配置接收和發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù) 首先配置從站的發(fā)送PDO的映射信息，發(fā)送PDO的映射信息，描述了如何將該節(jié)點(diǎn)對(duì)字典中的object打包成一個(gè)數(shù)據(jù)幀，單擊cm中的PDO的TPDO，按以下圖進(jìn)展配置。 然后配置從站接收的映射信息 接收PDO的映射信息，描述該節(jié)點(diǎn)，如何解析收到的數(shù)據(jù)幀，設(shè)置同上圖主站的一樣，配置完成后大考TPDO的objectmapping0*01和o*02，可以看到配置結(jié)果如以下圖所示設(shè)置循環(huán)周期單擊o