本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于Windows的Powerlink主從站通信基于Windows的Powerlink主從站通信

一、設(shè)計(jì)任務(wù)（要求）

二、總體方案

三、硬件原理圖

四、軟件框圖

五、設(shè)計(jì)總結(jié)

六、語言實(shí)現(xiàn)的基于FPGA的MAC，同時(shí)POWERLINK又提供了一個(gè)用VHDL語言實(shí)現(xiàn)的

openHUB，支持16個(gè)端口。假使用戶的網(wǎng)絡(luò)需要做冗余，如雙網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等，就可以直接在FPGA中實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)且成本很低。此外由于基于FPGA的方案，從MAC到數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）的通信，POWERLINK采用了DMA，因此速度更快。

2.4POWERLINK的數(shù)據(jù)鏈路層

POWERLINK的數(shù)據(jù)鏈路層：也就是POWERLINK的核心，主要包括如下功能：

1.2.3.4.

構(gòu)建/解析數(shù)據(jù)楨、對(duì)數(shù)據(jù)楨定界、網(wǎng)絡(luò)同步、數(shù)據(jù)楨收發(fā)順序的控制。傳輸過程中的流量控制、過錯(cuò)檢測(cè)、對(duì)物理層的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝等。實(shí)時(shí)通信的傳輸控制。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機(jī)。

在POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中，至少有一個(gè)設(shè)備做為主站（MN），其他的設(shè)備做為從站(CN)。每個(gè)從站設(shè)備都有唯一的節(jié)點(diǎn)號(hào)（NodeId），該節(jié)點(diǎn)號(hào)是用來區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，取值范圍為1-239。主站設(shè)備（MN）的節(jié)點(diǎn)號(hào)為240，主站的作用是為了為協(xié)調(diào)各個(gè)從站，合理分派總線使用權(quán)，避免沖突，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

POWERLINK的實(shí)時(shí)通信機(jī)制：POWERLINK有兩種通信機(jī)制，基于請(qǐng)求/應(yīng)答模式和

基于定時(shí)主動(dòng)上報(bào)模式（PRC模式）。

2.4.1基于請(qǐng)求/應(yīng)答模式

該種模式主站（MN）輪詢所有從站（CN）。首先主站發(fā)送Preq數(shù)據(jù)幀（PReqCN1）給1號(hào)從站，該數(shù)據(jù)幀是單播的，只有1號(hào)節(jié)點(diǎn)接收，其他節(jié)點(diǎn)不接收。在該數(shù)據(jù)幀中包含了

主站（MN）要發(fā)送給1號(hào)從站的數(shù)據(jù)。當(dāng)1號(hào)節(jié)點(diǎn)收到來自主站的Preq數(shù)據(jù)幀，就會(huì)上報(bào)一個(gè)Pres數(shù)據(jù)幀（PresCN1），該數(shù)據(jù)幀是廣播的，除了主站可以接收到以外，網(wǎng)絡(luò)中其他任何一個(gè)從節(jié)點(diǎn)都能收到。主站（MN）與1號(hào)從節(jié)點(diǎn)(CN1)一來（Preq）、一往（Pres），就完成了一次信息交互；接下來主站（MN）與2號(hào)從節(jié)點(diǎn)(CN2)的信息交互，以此類推，將網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)掃描一次，稱為一個(gè)循環(huán)周期。假定循環(huán)周期為200us，那么網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備每200us就有一次收取/發(fā)送數(shù)據(jù)的機(jī)遇，而且不會(huì)與其他設(shè)備造成沖突。

該種模式下的性能：完成一個(gè)站的通信所需要的時(shí)間，取決于物理層的傳輸速度和需要

傳送的數(shù)據(jù)包大小。

假定物理層為100M以太網(wǎng)，該種網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度為12.5bytes/us，假定數(shù)據(jù)包大小為

64bytes（每個(gè)Preq和Pres數(shù)據(jù)幀最大可傳輸1490bytes的數(shù)據(jù)），那么完成一個(gè)站的通信所

需要的時(shí)間：T=Tpreq+Tgap+Tpres

Tpreq：主站發(fā)送Preq數(shù)據(jù)幀給從站，時(shí)間長(zhǎng)度為64/12.5=5.12usTpres：從站發(fā)送Pres數(shù)據(jù)幀給主站，時(shí)間長(zhǎng)度為64/12.5=5.12us

Tgap：Preq數(shù)據(jù)幀與Pres數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間間隙，約為2us因此完成一個(gè)站的通信，總時(shí)間長(zhǎng)度為12.24=5.12+2+5.12

2.4.2PRC模式

在基于請(qǐng)求-應(yīng)答模式（PREQ-PRES）通信時(shí)，從節(jié)點(diǎn)什么時(shí)候上報(bào)自己的數(shù)據(jù)，取決于主站什么時(shí)候發(fā)生請(qǐng)求（PREQ）給它。該種模式省掉了主站的Preq數(shù)據(jù)幀，取而代之

的是一個(gè)挨一個(gè)的Pres。有人會(huì)問各個(gè)從站如何知道自己應(yīng)當(dāng)在什么時(shí)候上報(bào)數(shù)據(jù)？是否會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)從站同時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)？這樣豈不是發(fā)生了沖突？

該種模式下，POWERLINK主站在開始通信之前，會(huì)去配置從站的參數(shù)，告訴每個(gè)從

站應(yīng)當(dāng)在循環(huán)周期的哪一時(shí)刻上報(bào)。舉個(gè)例子：假定我們有3個(gè)從站，主站可以通過配置，

讓1號(hào)從站在收到PresMN后的第5us上傳PresCN1數(shù)據(jù)幀，而2號(hào)從站在收到PresMN后

的第15us上傳PresCN2數(shù)據(jù)幀，而3號(hào)從站在收到PresMN后的第22us上傳PresCN3數(shù)據(jù)

幀。這樣就避免了沖突。由于POWERLINK是基于時(shí)間槽的通信，而且POWERLINK支持1588分布式時(shí)鐘協(xié)議，每個(gè)POWERLINK節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)時(shí)鐘，因此POWERLINK很便利實(shí)現(xiàn)這種通信模式。

在該種模式下的性能：完成一個(gè)站的通信所需要的時(shí)間，取決于物理層的傳輸速度和需

要傳送的數(shù)據(jù)包大小。

假定物理層為100M以太網(wǎng)，該種網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度為12.5bytes/us。假定數(shù)據(jù)包大小為

64bytes（每個(gè)Preq和Pres數(shù)據(jù)幀最大可傳輸1490bytes的數(shù)據(jù)）。那么完成一個(gè)站的通信所

需要的時(shí)間T=Tgap+Tpres

Tpres：從站發(fā)送Pres數(shù)據(jù)幀給主站，時(shí)間長(zhǎng)度為64/12.5=5.12us

Tgap：Preq數(shù)據(jù)幀與Pres數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間間隙，約為2us因此完成一個(gè)站的通信，總時(shí)間長(zhǎng)度為7.12=5.12+2這種通信比基于請(qǐng)求/應(yīng)答模式至少能提高30%的效率。PRC模式的通信過程：1.

主站發(fā)生廣播數(shù)據(jù)幀PresMN，主站把多個(gè)從站需要的數(shù)據(jù)在該數(shù)據(jù)幀里打包，然后以廣播的方式發(fā)送出去，各個(gè)從站根據(jù)配置信息，從該數(shù)據(jù)幀中取走相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.

該數(shù)據(jù)幀為標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，最大有效數(shù)據(jù)容量為1490Bytes。

從站接受到PresMN以后，根據(jù)主站配置的上報(bào)時(shí)間，來決定什么時(shí)候該上報(bào)PresCN，當(dāng)定時(shí)器到了上報(bào)時(shí)間，從站就以廣播的方式上報(bào)PresCN。該數(shù)據(jù)幀包

3.

含了主站以及其他從站需要的數(shù)據(jù)信息。

主站和從站是支持PRC模式，還是支持請(qǐng)求/應(yīng)答模式，是由它自身的參數(shù)決定的?？梢酝ㄟ^參數(shù)設(shè)置，在一個(gè)周期內(nèi)，讓某些從節(jié)點(diǎn)采用PRC模式，而另外一些從

節(jié)點(diǎn)采用請(qǐng)求/應(yīng)答模式。這種搭配使得網(wǎng)絡(luò)容量可以靈活搭配。

2.4.3多路復(fù)用

在一個(gè)系統(tǒng)中，尋常有多種不同類型的設(shè)備，如有伺服驅(qū)動(dòng)器、I/O、傳感器、儀表等。不同種類的設(shè)備對(duì)通信周期和控制周期的要求往往不同。假設(shè)現(xiàn)在有3種設(shè)備：伺服驅(qū)動(dòng)器、

I/O、傳感器。伺服的控制周期為200us，而I/O的控制周期為1ms，傳感器卻不定時(shí)的上傳數(shù)據(jù)。面對(duì)如此應(yīng)用，POWERLINK如何來解決？

首先解決伺服的200us和I/O的1ms的配置。由于兩種設(shè)備需要的循環(huán)周期不同，假使

將循環(huán)周期設(shè)為200us，伺服沒有問題，可是I/O卻會(huì)由于通信過于頻繁而反應(yīng)不過來；如

果將循環(huán)周期設(shè)為1ms，那么伺服會(huì)由于控制周期太長(zhǎng)，而達(dá)不到精度的要求。

POWERLINK采用多路復(fù)用來解決這個(gè)問題。在這里，可以將循環(huán)周期設(shè)置為200us，將伺服配置成每個(gè)循環(huán)周期都參與通信，將I/O配置成每N個(gè)循環(huán)周期參與一次通信，N是

一個(gè)參數(shù)，可以設(shè)置為任意整數(shù)（在這里N的值為5）。這樣就可以達(dá)到伺服的通信周期為200us，I/O的通信周期為200x5=1ms。

如下圖所示，有11個(gè)節(jié)點(diǎn)要通信，其中1、2、3這三個(gè)節(jié)點(diǎn)每個(gè)循環(huán)周期都通信；而

4、5、6、7、8、9、10、11這8個(gè)節(jié)點(diǎn)為復(fù)用節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)每3個(gè)循環(huán)周期才通信一次。

這樣就可以把快速設(shè)備和慢速設(shè)備經(jīng)過合理配置達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)。

2.4.4異步階段

以上提到了三種不同設(shè)備，伺服的控制周期為200us，而I/O的控制周期為1ms，傳感器卻不定時(shí)的上傳數(shù)據(jù)。上一節(jié)陳述了快速設(shè)備（伺服）和慢速設(shè)備（I/O）的合理配置。

接下來講如何配置不定時(shí)上傳數(shù)據(jù)的設(shè)備（傳感器），這種類型的設(shè)備稱為異步設(shè)備。

一個(gè)完整的POWERLINK周期分為兩個(gè)階段：同步階段和異步階段。

同步階段用來傳輸周期性通信的數(shù)據(jù)；異步階段用來傳輸那些非周期性的通信數(shù)據(jù)。非周期通信數(shù)據(jù)包括：1.異步設(shè)備的通信數(shù)據(jù)，如這里所說的傳感器；2.一些設(shè)備偶爾需要傳

送的參數(shù)，例如在某些應(yīng)用場(chǎng)合伺服周期性傳輸位置數(shù)據(jù)，但可能偶爾傳輸一下扭矩或者溫度數(shù)據(jù)，這些非周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，就叫異步數(shù)據(jù)。這些異步數(shù)據(jù)會(huì)在通信周期的異步階段來傳送。

從SoC數(shù)據(jù)幀開始到SoA數(shù)據(jù)幀的時(shí)間段為同步階段，SoA和AsyncData為異步階段。

SoA數(shù)據(jù)幀包含了請(qǐng)求哪個(gè)從站上報(bào)數(shù)據(jù)，而AsyncData數(shù)據(jù)幀為該從站上報(bào)的數(shù)據(jù)。在每

個(gè)循環(huán)周期，只能有一個(gè)從節(jié)點(diǎn)上報(bào)異步數(shù)據(jù)，假使有多個(gè)從節(jié)點(diǎn)需要異步通信，那么需要在多個(gè)周期內(nèi)完。

2.5POWERLINK的同步機(jī)制

POWERLINK支持1588分布式時(shí)鐘協(xié)議，每個(gè)循環(huán)周期的開始，主站都會(huì)廣播一個(gè)SoC數(shù)據(jù)幀到網(wǎng)絡(luò)上，該數(shù)據(jù)幀包含了兩個(gè)重要信息：網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間。

絕對(duì)時(shí)間信息：年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、微秒、納秒。如下所示：

相對(duì)時(shí)間信息：從網(wǎng)絡(luò)開始工作，到現(xiàn)在一共運(yùn)行了多少us。

SoC數(shù)據(jù)幀有兩個(gè)功能：時(shí)鐘同步和動(dòng)作同步。時(shí)鐘同步：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)需要有一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間

利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間來同步網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的分布式時(shí)鐘，讓網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘有一個(gè)共同的基準(zhǔn)。POWERLINK主站（MN）在每個(gè)循環(huán)周期的開始將SoC數(shù)據(jù)幀廣播到

網(wǎng)絡(luò)上，該數(shù)據(jù)幀包含了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息，網(wǎng)上的各個(gè)從節(jié)點(diǎn)可以將這個(gè)時(shí)間作為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。

動(dòng)作同步：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)去做一件事情

在POWERLINK協(xié)議中有兩種方法去觸發(fā)一個(gè)同步的事件：1.通過從節(jié)點(diǎn)自己的時(shí)鐘觸發(fā);2.通過SoC數(shù)據(jù)幀觸發(fā)。這里主要講通過SoC數(shù)據(jù)幀觸發(fā)同步事件的原理。

在POWERLINK數(shù)據(jù)鏈路層里，每當(dāng)收到了SoC數(shù)據(jù)幀，會(huì)觸發(fā)一個(gè)同步的回調(diào)

函數(shù)，用戶可以將同步執(zhí)行的程序?qū)懺谠摵瘮?shù)里，這樣就可以執(zhí)行同步動(dòng)作。舉例來說，

假設(shè)有一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器，要控制10臺(tái)伺服做同步運(yùn)動(dòng)，例如需要10臺(tái)伺服同時(shí)啟動(dòng)。每個(gè)循環(huán)周期，運(yùn)動(dòng)控制器（作為POWERLINK的主站）將10臺(tái)伺服所需要的新的位置信息依次傳給各個(gè)伺服。每個(gè)伺服收到新數(shù)據(jù)的時(shí)間是不同的，第一個(gè)和最終一個(gè)得到位置數(shù)據(jù)的時(shí)間可能會(huì)差100多us。假使收到新數(shù)據(jù)，伺服就開始啟動(dòng)，那么就會(huì)出現(xiàn)這種狀況：第一個(gè)伺服已經(jīng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，而最終一個(gè)伺服還沒有收到數(shù)據(jù)，這顯然不是我們想要的結(jié)果。因此我們需要一個(gè)同步信號(hào)，使所有的伺服都得到新數(shù)據(jù)以后，同時(shí)啟動(dòng)。這個(gè)同步信號(hào)就是SoC。

主站在上一個(gè)循環(huán)周期終止（即下一個(gè)循環(huán)周期開始）時(shí)廣播一個(gè)SoC數(shù)據(jù)幀，基本上所有的從站會(huì)同時(shí)收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀。該信號(hào)觸發(fā)一個(gè)同步回調(diào)函數(shù)或者硬件中斷，來處理

同步事件。由于在SoC數(shù)據(jù)幀之前，每個(gè)從站都已經(jīng)從主站（控制器）那里得到了新的位

置信息，因此SoC信號(hào)觸發(fā)的同步事件中可以同時(shí)啟動(dòng)，運(yùn)行到設(shè)定位置。

假使是星形拓?fù)?，各個(gè)從站收到該信號(hào)的時(shí)間差取決于線纜的長(zhǎng)度，電信號(hào)可以認(rèn)為是

以光速在導(dǎo)線中傳播，因此用戶可以計(jì)算出該時(shí)間差?？山茷?米為3.3ns。這個(gè)級(jí)別的

時(shí)間差基本上可以忽略。

假使你采用的是菊花鏈連接，那么沒經(jīng)過一級(jí)hub會(huì)有40ns的延遲，再加上線纜的延

遲，第一個(gè)從站和最終一個(gè)從站在接受到SoC信號(hào)的時(shí)間差可能會(huì)達(dá)到幾百納秒甚至微秒，

用戶需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要來決定該延遲是否可以忽略，假使不可以忽略，POWERLINK

提供了測(cè)量機(jī)制，可以測(cè)出來相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸延遲。用戶根據(jù)這些延遲時(shí)間給各個(gè)節(jié)點(diǎn)做一個(gè)補(bǔ)償，從而達(dá)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻做同步事件。綜上，介紹完了POWERLINK數(shù)據(jù)鏈路層的整個(gè)工作原理和過程。

三、總體實(shí)現(xiàn)方案流程

1.所需軟件和硬件：需要準(zhǔn)備兩臺(tái)電腦，一臺(tái)作為主站，一臺(tái)作為從站；操作系統(tǒng)為

WindowsXP；需要安裝VS2023開發(fā)環(huán)境；需要安裝WinPcap或者Wireshark。2.將POWERLINK的源碼分拷貝到要作為主站和從站的電腦上，隨便選哪臺(tái)電腦做主站都可以，主站和從站上的程序有所不同。

3.開啟主站\\Examples\\X86\\Windows\\VC9\\demo_pcap下的工程，使用VS2023開啟，

此外為了能在Windows上運(yùn)行openPOWERLINK，你需要安裝winpcap或wireshark軟件，由于openPOWERLINK將pcaplib作為網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。

4.修改主站上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)，假定我們要通信2個(gè)參數(shù)，一個(gè)參數(shù)是主站發(fā)

送給從站，另一個(gè)是主站接收來自從站的數(shù)據(jù)。開啟objdict.h文件。首先確定要把哪個(gè)object作為主站發(fā)送給從站的參數(shù)，我們注意到源碼里有一個(gè)

Object0X2000/01，可以將該object作為主站發(fā)送給從站的參數(shù)。因此我們配置發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)：

將0x1801/0x01的值設(shè)為1，即發(fā)送數(shù)據(jù)給1號(hào)節(jié)點(diǎn)：將0x1A01的參數(shù)設(shè)置為如下的值：

5.修改主站上的源程序。開啟demo_main.c文件，將NODEID改為：

#defineNODEID0xF0//=>MN，主站的nodeid為240即16進(jìn)制的FO6.定義一個(gè)變量（BYTEoutput8），與0X2000/01link起來。

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程59

在main.c中，將與0x2000/0x01連接的代碼修改如下：

至此，我們就映射了一個(gè)object，并把他和我們自己定義的一個(gè)變量link起來。接下來我們?cè)儆成湟粋€(gè)object，用來接收數(shù)據(jù)。

7.接收的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)：

我們注意到源碼中有索引為0x2200的對(duì)象字典，可以將0x2200/02作為接收的objcet。

將0x1402作為接收1號(hào)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。將0x1402/0x01的值設(shè)為1，即接收來自1

號(hào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

相應(yīng)的映射參數(shù)為0x1602，將0x1602的參數(shù)設(shè)置為如下的值：8.定義一個(gè)變量（BYTEinput8），與0X2200/02link起來。

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程60

在main.c中，在main.c中，將與0x2200/0x02連接的代碼修改如下：

至此，我們映射了一個(gè)object，并把他和我們自己定義的一個(gè)變量link起來。接下來

我們將AppCbSync修改如下，這段代碼的意思是我們把主站要發(fā)給從站的數(shù)據(jù)不斷的累加，

同時(shí)打印出來自從站的數(shù)據(jù)。

6.1.2設(shè)置從站的參數(shù)設(shè)設(shè)置置從從站站的的參參數(shù)數(shù)設(shè)置從站的參數(shù)1.從站需要2個(gè)參數(shù)，一個(gè)參數(shù)用來接收來自主站的數(shù)據(jù)，另一個(gè)參數(shù)發(fā)送給主站。開啟objdict.h文件。首先確定我們要把哪個(gè)object作為發(fā)送給主站的參數(shù)，我們注

意到源碼里有一個(gè)Object0X6000/01，可以將該object作為從站發(fā)送給主站的參數(shù)。

因此我們配置發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)：將0x1800/0x01的值設(shè)為0。

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程61

將0x1A00的參數(shù)設(shè)置為如下的值：

2.修改從站上的源程序。開啟demo_main.c文件，將NODEID改為：#defineNODEID0x01//=>從站的nodeid取值范圍1-2393.定義一個(gè)變量（BYTEoutput8），與0X6000/01link起來。在main.c中，將與0x6000/0x01連接的代碼修改如下：ObdSize=sizeof(output8);uiVarEntries=1;

EplRet=EplApiLinkObject(0x6000,if(EplRet!=kEplSuccessful){

GotoExitShutdown;}

至此，我們就映射了一個(gè)object，并把他和我們自己定義的一個(gè)變量link起來。接下來

我們?cè)儆成湟粋€(gè)object，用來接收數(shù)據(jù)。4.接收的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和映射參數(shù)。

我們注意到源碼中有索引為0x6200的對(duì)象字典，可以將006200/01作為接收的objcet。

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程62

將0x1400作為接收來自主站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。將0x1400/0x01的值設(shè)為0。相應(yīng)的映射參數(shù)為0x1600，將0x1600/01的參數(shù)設(shè)置為如下的值：5.定義一個(gè)變量（BYTEinput8），與0X6200/01link起來。在main.c中，將與0x6200/0x01連接的代碼修改如下：ObdSize=sizeof(input8);uiVarEntries=1;

EplRet=EplApiLinkObject(0x6200,if(EplRet!=kEplSuccessful)

{

gotoExitShutdown;}

接下來我們將AppCbSync修改如下，這段代碼的意思是我們把從站要發(fā)給主站的數(shù)據(jù)

不斷的累加10，同時(shí)打印出來自主站的數(shù)據(jù)。

完成上述步驟，我們就完成了主站和從站的配置。先將兩臺(tái)電腦用網(wǎng)線連接起來，接下

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程63

來將從站先運(yùn)行起來，最終再把主站運(yùn)行起來。

當(dāng)把主站或從站運(yùn)行起來時(shí)，出現(xiàn)如下界面來選擇使用哪個(gè)網(wǎng)口作為POWERLINK口。

在這里我使用第三個(gè)網(wǎng)口（MarvellYukonEthernetController），因此我輸入3，然后回車。

1.

所需軟件和硬件：需要準(zhǔn)備兩臺(tái)電腦，一臺(tái)作為主站，一臺(tái)作為從站；操作系統(tǒng)為WindowsXP；需要安裝VS2023開發(fā)環(huán)境；需要安裝WinPcap或者Wireshark。將POWERLINK的源碼分別拷貝到要作為主站和從站的電腦上，隨便選哪臺(tái)電腦做主站都可以，主站和從站上的程序有所不同。

開啟主站\\Examples\\X86\\Windows\\VC9\\demo_pcap下的工程，使用VS2023開啟，此外為了能在Windows上運(yùn)行openPOWERLINK，你需要安裝winpcap或wireshark

2.

3.

軟件，由于openPOWERLINK將pcaplib作為網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。

用openCONFIGURATOR配置Windows主站和從站

1.

使用這種方法配置網(wǎng)絡(luò)，從站需要一個(gè)XDD文件，該文件與從站的對(duì)象字典相匹配（即與從站的objdict.h定義的對(duì)象字典匹配），例子中從站使用的objdict.h文件

2.

在目錄\\ObjDicts\\Api_CN下，而相應(yīng)的XDD文件在\\ObjDicts目錄下，名稱為0000003F_openPOWERLINK_demo_CN.xdd。

使用openCONFIGURATOR配置網(wǎng)絡(luò)，比較簡(jiǎn)單，參考第五章第七節(jié)5-7使用openCONFIGURATOR組建POWERLINK網(wǎng)絡(luò)。將生成的monbd.cdc和xap.h這兩

3.

個(gè)文件拷貝到主站源代碼的Examples\\X86\\Windows\\VC8\\demo_cfm_pcap目錄下。

用VS開啟主站Examples\\X86\\Windows\\VC8\\demo_cfm_pcap的工程，然后開啟demo_main.c，在AppCbSync(void)函數(shù)中，AppProcessImageIn_g變量的類型是xap.h

4.

中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PI_IN的類型，AppProcessImageOut_g變量的類型是xap.h中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PI_OUT的類型.這兩個(gè)變量自動(dòng)被映射到主站相應(yīng)的Object上，使用者可以直接使用，而無需link操作。注意，這里AppProcessImageIn_g是指主站輸出給從站的數(shù)據(jù)，而AppProcessImageOut_g是指主站接收的來自從站的數(shù)據(jù)。

從站程序的修改：將從站objdict.h文件中的所有映射參數(shù)的值都設(shè)為0，由于主站

會(huì)來配置這些參數(shù)的值。只是從站的object與用戶自己定義的變量的link，還需要

使用者自己來調(diào)用EplApiLinkObject()來連接。

4.1獲得POWERLINK源碼

從/projects/openpowerlink/下載POWERLINK源碼。目前的最新版本為V1.7.1，下載解壓后你會(huì)看到如下目錄。

圖4-1

Documentation：文檔的目錄，其中包含了源代碼中一些重要函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說

明，還有關(guān)于POWERLINK在Linux下如何編譯的說明。

EplStack：POWERLINK協(xié)議棧的.C文件，這里包含了數(shù)據(jù)鏈路層和CANopen的源碼。

Include：包含了POWERLINK協(xié)議棧的.h文件，這個(gè)文件夾和EplStack文件夾匹配。

ObjDicts：CANopen對(duì)象字典的源程序，用戶需要根據(jù)自己要實(shí)現(xiàn)的設(shè)備修改對(duì)象字典。

Edrv：由于POWERLINK可運(yùn)行于多種不同的軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)，和不同的平臺(tái)打交道，就需要有不同的驅(qū)動(dòng)程序，這個(gè)文件夾包含了一些常用平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)，如ARM，8139，82573，F(xiàn)PGA等平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序，假使你想要將POWERLINK移植到一個(gè)新的平臺(tái)，可以參考這里的例子，修改驅(qū)動(dòng)程序即可。

Examples：這里是重點(diǎn)，包含了一些常用平臺(tái)的例子，你可以直接運(yùn)行，評(píng)估POWERLINK。如基于Windows的、Linux的、FPGA的、ARM的。

32

4.2POWERLINK源碼概覽

圖4-2軟件架構(gòu)

從下至上，軟件分別分為以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)鏈路層模塊、對(duì)象字典、SDO模塊、網(wǎng)絡(luò)管理

NMT模塊已經(jīng)API模塊。

4.3

POWERLINKAPI接口

這個(gè)是用戶的應(yīng)用程序與POWERLINK協(xié)議棧的接口。用戶實(shí)現(xiàn)POWERLINK時(shí)，不需要修改協(xié)議棧里面的內(nèi)容。由于這部分內(nèi)容是標(biāo)準(zhǔn)的，假使用戶修改了，可能會(huì)導(dǎo)致最終

的協(xié)議不遵守POWERLINK標(biāo)準(zhǔn)。用戶根據(jù)自己需要調(diào)用API的一些函數(shù)。其中比較重要的函數(shù)有如下幾個(gè)：

4.3.1

AppCbEvent這個(gè)函數(shù)是協(xié)議棧的回調(diào)函數(shù)。當(dāng)協(xié)議棧內(nèi)部發(fā)生狀態(tài)變化、特定事件、以及一些錯(cuò)誤

等，協(xié)議棧自動(dòng)調(diào)用此函數(shù)。假使用戶需要根據(jù)協(xié)議棧的狀態(tài)或者事件做特別處理，就可以

把處理程序?qū)懺谶@里。例如當(dāng)檢查到該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)上脫離開，需要將該設(shè)備安全停機(jī)。對(duì)于

33

這種應(yīng)用，用戶可以在該回調(diào)函數(shù)中，檢查網(wǎng)絡(luò)事件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鏈接丟失的event時(shí)，就執(zhí)

行一段安全停機(jī)的程序。

4.3.2AppCbSync(void)

同步回調(diào)函數(shù)。該函數(shù)是協(xié)議棧的回調(diào)函數(shù)，當(dāng)協(xié)議棧收到SoC數(shù)據(jù)幀，就會(huì)觸發(fā)執(zhí)

行該函數(shù)。由于SoC數(shù)據(jù)幀是廣播的，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)基本上同時(shí)收到該數(shù)據(jù)幀，因此

網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行各自的同步回調(diào)函數(shù)。由于SoC是每個(gè)循環(huán)周期開始時(shí)都會(huì)發(fā)送，因此該函數(shù)每個(gè)循環(huán)周期都會(huì)被調(diào)用。用戶可以將需要周期性處理的程序?qū)懺谠摶卣{(diào)函數(shù)中，例如周期性的把接收的新數(shù)據(jù)取走，把要發(fā)送的數(shù)據(jù)賦予新的值，或者周期性的控制等。

4.3.3EplApiExecNmtCommand()

用戶可以使用該函數(shù)發(fā)送一些網(wǎng)絡(luò)命令，來控制協(xié)議棧的一些狀態(tài)變化，或者觸發(fā)一

些事件，目前支持如下命令參數(shù)：

例如執(zhí)行EplApiExecNmtCommand(kEplNmtEventSwReset);會(huì)使協(xié)議棧進(jìn)入軟件Reset

狀態(tài)，使整個(gè)協(xié)議棧重新啟動(dòng)。具體的每一條命令的使用方法和作用請(qǐng)參見源代碼的說明。

34

4.3.4對(duì)象字典的訪問

EplApiReadLocalObject()

該函數(shù)可以讀取本地對(duì)象字典中對(duì)象的值，POWERLINK實(shí)現(xiàn)了CANopen，里面

集成了對(duì)象字典，那么用戶如何得到對(duì)象字典中的對(duì)象的值呢？可以調(diào)用函數(shù)

EplApiReadLocalObject，將對(duì)象字典中的值讀出并存入指定的緩沖區(qū)。

EplApiWriteLocalObject()

該函數(shù)可以向本地對(duì)象字典中的對(duì)象寫入值。

EplApiLinkObject()

該函數(shù)可以將用戶自己定義的變量與本地對(duì)象字典中的對(duì)象鏈接起來。對(duì)于周期

性要訪問的對(duì)象，假使每次都調(diào)用EplApiReadLocalObject()和EplApiWriteLocalObject()會(huì)導(dǎo)

致調(diào)用的效率降低，此時(shí)可以調(diào)用該函數(shù)，將用戶自己定義的變量和對(duì)象字典中的對(duì)象link起來，這樣，當(dāng)對(duì)象的值改變時(shí)，用戶的變量的值也會(huì)改變，同樣當(dāng)用戶的變量的值改變時(shí)，對(duì)象的值也會(huì)改變。該函數(shù)只在初始化時(shí)執(zhí)行一次即可。

4.3.5源碼中的OD

對(duì)象字典是POWERLINK協(xié)議中很重要的部分，而且是和應(yīng)用緊湊相關(guān)的。可以這么說，當(dāng)用戶在其產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)POWERLINK時(shí)，只需要修改源碼中的對(duì)象字典，不需也不必

修改其他地方。對(duì)象字典OD可以理解為設(shè)備的參數(shù)，對(duì)于不同的設(shè)備，參數(shù)就不同，對(duì)于不同廠家的設(shè)備，參數(shù)也不同，這就決定了對(duì)象字典OD的不同。用戶需要根據(jù)自己設(shè)備，來決定需要哪些參數(shù)，這些參數(shù)的類型是什么（8bits還是16bits，有符號(hào)還是無符號(hào)等），可訪問的類型是什么（可讀的還是可寫的，還是可讀寫的）等等。

此外，對(duì)象字典OD也是連接用戶程序與POWERLINK的協(xié)議的接口。POWERLINK

協(xié)議棧會(huì)根據(jù)配置信息，將對(duì)象字典中一些對(duì)象的值打成數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，同時(shí)根據(jù)配置信

息，將收到的一些數(shù)據(jù)存入對(duì)象字典中相應(yīng)的對(duì)象。這部分工作POWERLINK協(xié)議棧會(huì)自動(dòng)完成。用戶的應(yīng)用程序從對(duì)象字典中讀取一些對(duì)象的值，或者向?qū)ο笞值渲械囊恍?duì)象寫入值。用戶的應(yīng)用程序如何訪問對(duì)象字典，可以調(diào)用EplApiLinkObject()（對(duì)于周期性要訪問的對(duì)象，可映射為EplApiWriteLocalObject()。

PDO的對(duì)象），或者EplApiReadLocalObject()和

35

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)教程

OD用戶應(yīng)用程序變量1變量2

POWERLINK協(xié)議棧變量n圖4-3

對(duì)象字典的定義在源文件objdict.h中，該文件用宏定義，定義了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：

//Readinput8-bit

EPL_OBD_BEGIN_INDEX_RAM(0x6000,0x05,NULL)

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_VAR(0x6000,0x00,kEplObdTypUInt8,kEplObdAccConst,tEplObdUnsigned8,number

_of_entries,0x4)

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_USERDEF(0x6000,0x01,kEplObdTypUInt8,kEplObdAccVPR,tEplObdUnsigned8,Send

b1,0x0)

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_USERDEF(0x6000,0x02,kEplObdTypUInt8,kEplObdAccVPR,tEplObdUnsigned8,Send

b1,0x0)

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_USERDEF(0x6000,0x03,kEplObdTypUInt8,kEplObdAccVPR,tEplObdUnsigned8,Send

b1,0x0)

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_USERDEF(0x6000,0x04,kEplObdTypUInt8,kEplObdAccVPR,tEplObdUnsigned8,Send

b1,0x0)

EPL_OBD_E