openPowerlink最新教程.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：18.32M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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王谨秋 POWERLINK 实时以太网教程王谨秋 2012.8 1

王谨秋本教程为初稿，如有纰漏，敬请谅解。我们专注于 POWERLINK 的维护、升级和推广，为客户提供 POWERLINK 技术培训，技术支持，与 POWERLINK 相关的硬件设计，POWERLINK 的开发板等。如果您有任何关于 POWERLINK 的疑问，不要犹豫，请立即联系我们。如果您需要推广或者购买 POWERLINK 产品，请与我们联系或登陆 POWERLINK 网上商城：http://openpowerlink.taobao.com 如果您有 POWERLINK 的技术问题，可加入 POWERLINK 技术交流 QQ 群：151181908 我们的联系信息：公司名称：贝加莱工业自动化有限公司公司地址：上海市田林路 487 号 21 号楼联系人：王谨秋固定电话：021-54644800-819 手机：13917489045 邮箱：jinqiu.wang@br-automation.com 或 openpowerlink@163.com 2

王谨秋目录第一章现有的实时以太网的比较 ............................................................................................... 12 1.1 总线概述 ........................................................................................................................ 12 1.2 几种典型总线的原理 ...................................................................................................... 13 1.3 POWERLINK 和 EtherCAT 的比较 ............................................................................ 17 第二章 POWERLINK 的原理 ...................................................................................................... 27 2.1 POWERLINK 是 IEC 国际标准 .......................................................................................... 27 2.2 OSI 模型 .......................................................................................................................... 27 2.3 POWERLINK 的物理层 ...................................................................................................... 29 2.4 POWERLINK 的数据链路层 .............................................................................................. 29 2.4.1 概述 ................................................................................................................... 29 2.4.2 POWERLINK 管理节点 ......................................................................................... 30 2.4.3 POWERLINK 受控节点 .......................................................................................... 30 2.4.4 服务 ..................................................................................................................... 30 2.4.5 POWERLINK 周期 .................................................................................................. 30 PollResponse Chaining 模式（PRC） ........................................................................ 33 2.4.6 空闲阶段 .............................................................................................................. 39 2.4.7POWERLINK 短周期（Reduced POWERLINK Cycle） .......................................... 39 2.5 POWERLINK 的同步机制 .................................................................................................. 40 2.6 POWERLINK 数据帧的格式 .............................................................................................. 44 2.6.1 SoC 数据帧格式 .................................................................................................. 45 2.6.2 Preq 数据帧格式 ................................................................................................ 45 2.6.3 Pres 数据帧格式 ................................................................................................ 46 2.6.4 SoA 数据帧格式 .................................................................................................. 47 2.6.5 Asynd 数据帧格式 .............................................................................................. 48 2.7 DLL 状态机 ..................................................................................................................... 48 2.7.1 从站 DLL 状态机 ................................................................................................. 48 2.8 主站网络管理（NMT）状态机 ........................................................................................ 59 2.8.1 通用初始化 NMT 状态机 ...................................................................................... 59 2.8.2 主站 MN NMT 状态机 ......................................................................................... 63 2.8.3 从站 CN NMT 状态机 ........................................................................................... 67 NMT 对象字典条目 ......................................................................................................... 74 2.9 CANopen 简介 .................................................................................................................. 74 2.9.1 针对不同种类设备的 CANopen 对象字典的规定 ............................................. 75 第四章 POWERLINK 应用层概述 ................................................................................................... 79 4.1 对象字典 OD .................................................................................................................... 79 4.2 XDD 文件介绍 .................................................................................................................. 79 4.3 CANopen 的通信模型 ..................................................................................................... 81 4.4 POWERLINK 网络配置---PDO 配置 ............................................................................... 82 4.5 用户应用程序对 object 的访问 ................................................................................... 84 第五章一个简单的例子 ............................................................................................................... 88 5.1 硬件和软件环境的搭建 ................................................................................................. 88 5.2 主站程序的修改 ..................................................................................................... 89 3

王谨秋 5．3 从站程序的修改 ................................................................................................... 93 5.4 DEMO 的运行 ........................................................................................................... 96 第六章 POWERLINK 应用详细解析 ............................................................................................. 101 6.1 通信过程 ....................................................................................................................... 101 6．2 对象字典（OD） ......................................................................................................... 103 6．3 应用程序对 object 的访问 ........................................................................................ 108 6．4 PDO – 过程数据对象 ............................................................................................. 111 6.4.1 数据桢与 object 的映射 ................................................................................. 112 6.4.2 从站发送配置之通信参数配置（0x18XX） .................................................... 113 6.4.3 从站发送配置之映射参数配置（0x1A00） .................................................... 113 6.4.4 从站接收配置之通信参数配置（0x14XX） .................................................... 115 6.4.5 从站接收配置之映射参数配置（0x1600） .................................................... 115 6.4.6 主站发送参数的配置过程 ........................................................................................ 117 6．5 SDO – 服务数据对象 ........................................................................................... 118 6．6. 同步回调函数 ........................................................................................................... 122 6．7．事件回调函数 ........................................................................................................... 122 6．8 EplApiExecNmtCommand() ....................................................................................... 123 6．9 协议栈初始化 ............................................................................................................. 124 6.10 运行协议栈的应用程序 .............................................................................................. 125 第七章 XDD 文件介绍 ................................................................................................................... 130 7．1 设备描述 — Device Profile .................................................................................. 130 7．2 网络通信描述（Communication network profile） ........................................... 132 7．2．1 Application layers： ............................................................................... 132 第八章 openCONFIGURATOR 应用 ....................................................................................... 140 8.1 openCONFIGURATOR 介绍 ............................................................................................ 140 8.1.1 openCONFIGURATOR 的安装 .............................................................................. 143 8．2．openCONFIGURATOR 的使用 ...................................................................................... 144 8.2.1 创建新的 openCONFIGURATOR 工程 ................................................................. 144 8.2.2 openCONFIGURATOR 配置 preq-pres 模式通信 ............................................. 155 8.2.3 openCONFIGURATOR 配置 PRC 模式通信 ......................................................... 158 8.2.4 openCONFIGURATOR 配置交叉通信 .................................................................. 159 8．3 Mnobd 文件解析 ......................................................................................................... 164 第九章基于 Linux 的 POWERLINK 的实现 ................................................................................. 170 9.1 基于 Linux 的 openPOWERLINK 的编译 ....................................................................... 171 9.2 运行于用户空间的例子 ............................................................................................... 176 9.3 运行于内核空间的例子 ............................................................................................... 179 第十章基于 FPGA 的实现 ............................................................................................................. 186 10.1 基于 FPGA 的 POWERLINK 的硬件架构 ....................................................................... 186 10.2 FPGA 只作为 POWERLINK 通信使用 ............................................................................ 187 10.3 POWERLINK 和用户的应用在同一个 FPGA 上 ............................................................ 188 10.4 基于 FPGA 的系统架构 ............................................................................................... 189 10.5 基于 FPGA 解决方案的优点 ................................................................................ 190 10.6 基于 FPGA 解决方案的工程介绍（openPOWERLINK） .............................................. 192 第十一章基于 FPGA 的 openPOWERLINK 的 API 介绍 ............................................................... 198 4

王谨秋 11.1 AP 与 PCP 之间的总线接口 ....................................................................................... 199 11.1.1 SPI 总线接口 .................................................................................................. 199 11.1.2 并行总线接口 ................................................................................................. 200 11.2 DPRAM 中控制/状态寄存器描述 ................................................................................ 202 11.3 同步机制&中断 ........................................................................................................... 209 11.3.1 同步机制 ......................................................................................................... 209 11.3.2 同步中断 ......................................................................................................... 211 11.4 AP 对 PCP 的初始化流程 .......................................................................................... 211 11.4.1 初始化命令 ..................................................................................................... 215 11.4.2 启动 POWERLINK 协议栈命令： ...................................................................... 216 11.4.3 请求 PCP 返回 PDO 的描述信息 ...................................................................... 218 11.4.4 AP 发送使能同步中断命令 .......................................................................... 221 11.4.5 AP 与 PCP 交互同步数据 .............................................................................. 222 11.4.5 shut down 命令： ........................................................................................ 224 11.4.6 Reset 命令： ................................................................................................ 225 11.5 AP 对接收到的 SDO 命令的处理 .............................................................................. 225 11.6 AP 发送 SDO 命令给其他节点 .................................................................................. 226 11.7 主站 API 接口 .............................................................................................................. 226 11.7.1 主站 CDC 的配置 .............................................................................................. 226 11.7.2 对同步数据的解析 .......................................................................................... 227 11.7.3 步数据交换 ...................................................................................................... 227 11.7.4 异步数据交换 .................................................................................................. 227 11.7.5 同步信号 .......................................................................................................... 227 第十四章 POWERLINK 远程更新程序 .................................................................................. 230 第十五章冗余设计 ..................................................................................................................... 236 15.1 双网冗余 ...................................................................................................................... 236 15.1.1 双网冗余的机制： ......................................................................................... 236 15.1.2 线路状态 .......................................................................................................... 237 15.1.3 选择器的设计 .................................................................................................. 238 15.1.4 双网冗余的 FPGA 解决方案 ............................................................................ 240 15．2 环形冗余 ................................................................................................................... 241 15.2.1 环形冗余的拓扑 .............................................................................................. 241 15.2.2 环形冗余的机制 ............................................................................................. 243 15.2.3 网络状态检测 .................................................................................................. 246 15.2.4 冗余模块状态检测 .......................................................................................... 247 15.2.5 链路状态检测 .................................................................................................. 248 15.2.6 环形冗余的无缝切换 ...................................................................................... 249 15.2.7 环网冗余的 FPGA 解决方案 ........................................................................... 252 15.3 多主冗余 ..................................................................................................................... 252 15.3.1 节点号 NODE ID 的分配 ................................................................................. 253 15.3.2 配置管理 ......................................................................................................... 254 15.3.3 接管仲裁 ......................................................................................................... 255 15.3.4 状态切换 ......................................................................................................... 260 15.4 冗余系统的典型拓扑结构 ......................................................................................... 264 5

王谨秋 15.4.1 多主环网 ................................................................................................................. 264 15.4.2 多主双网 .................................................................................................................. 265 15.4.3 多主双环网 .............................................................................................................. 265 第十六章 POWERLINK 通信诊断 ............................................................................................ 270 16.1 wireshark 简介 .......................................................................................................... 270 16.2 wireshark 使用方法 .................................................................................................. 270 16.2.1 下载及安装 ..................................................................................................... 270 16.2.2 网络连接 ......................................................................................................... 270 16.2.3 运行 wireshark .............................................................................................. 271 16.2.4 wireshark 数据分析 ...................................................................................... 272 16.2.5 对各个从节点状态的诊断 ............................................................................. 274 16.2.6 wireshark 过滤功能 ...................................................................................... 276 16.2.7 配置过程中，对错误的诊断 .......................................................................... 277 16.3 Omnipeek 简介 .......................................................................................................... 278 16.3.1 Omnipeek 安装 ................................................................................................ 279 16.3.2 EthernetAnalyzer 安装 .............................................................................. 279 16.3.3 PC 网卡的配置 ................................................................................................ 280 16.3.4 X20_ET8819 的设置 ...................................................................................... 281 16.3.5 启动 Omnipeek ................................................................................................. 282 16.3.6 对 X20_ET8819 的配置 .................................................................................... 282 16.3.7 关闭防火墙 ...................................................................................................... 283 16.3.8 线缆连接: ........................................................................................................ 285 13.3.9 开始分析 ......................................................................................................... 286 16.3.10 对 X20_ET8819 的高级设置 ......................................................................... 287 第十七章 POWERLINK 通信错误处理 .......................................................................................... 294 17.1 错误处理机制 ............................................................................................................. 294 17.2 POWERLINK 可能出现的错误 ...................................................................................... 294 17.3 各种错误对应的对象字典中的对象 ......................................................................... 295 17.4 源码中经常出现的错误 .............................................................................................. 296 第十八章关键参数的设置 ......................................................................................................... 300 18.1 POWERLINK 主要的参数设置 ...................................................................................... 300 18.2 修改 POWERLINK 节点的最大通信数据 ..................................................................... 302 18.2.1 从站配置 .......................................................................................................... 303 18.2.2 主站配置 .......................................................................................................... 305 18.2.3 FPGA 解决方案 .............................................................................................. 305 第十九章基于 POWERLINK 的伺服 ............................................................................................. 307 19.1 迈信公司介绍 ............................................................................................................. 307 19.2 POWERLINK 伺服的功能和性能 ................................................................................. 307 19.2.1 速度模式 ......................................................................................................... 307 19.2.2 位置模式 ......................................................................................................... 307 19.2.3 同步性 ............................................................................................................. 307 19.3 POWERLINK 伺服的使用方法 ..................................................................................... 307 19.3.1 与贝加莱 PLC 通信 ......................................................................................... 307 19.3.2 与华兴数控系统通信 ..................................................................................... 307 6

王谨秋 19.3.3 使用 Windows 控制 POWERLINK 伺服（点位控制） .................................... 307 第二十章贝加莱产品与第三方设备通信 ................................................................................. 310 20.1 贝加莱主站（PLC） .................................................................................................. 310 20.2 贝加莱 POWERLINK 从站（BC0083） ....................................................................... 332 附录一：POWERLINK 开发板和板卡介绍 .............................................................................. 356 附 1.1 Altera 开发板 ......................................................................................................... 356 附 1.2 Altera 通信模块 ..................................................................................................... 357 附 1.3 POWERLINK PCI 通信卡 .......................................................................................... 358 附 1.4 POWERLINK PCI-E 通信卡 ...................................................................................... 359 附 1.5 POWERLINK 的 XILINX 通信模块 ........................................................................... 360 附 1.6 基于 ARM 的 POWERLINK 主从站解决方案--- ........................................................ 361 Freescale M4 上的 Powerlink 实现 .................................................................................. 361 一、硬件平台 ............................................................................................................... 361 二、移植测试 ............................................................................................................... 361 三、基于 MCU 的优势 ................................................................................................... 365 四．咨询与服务 ........................................................................................................... 365 附 1.7 基于 ZYNQ 的 POWERLINK 主从站解决方案 ............................................................ 366 一．硬件平台 ............................................................................................................... 366 二、移植测试 ............................................................................................................... 367 三、基于 Zynq 的优势 ................................................................................................. 369 四、咨询与服务 ........................................................................................................... 369 附录二 1.0 用户手册-Xilinx .................................................................................................... 375 1.基础篇........................................................................................................................................ 375 1.1 评估板硬件介绍 ............................................................................................................. 375 1.2 源代码文件夹介绍 ......................................................................................................... 377 1.3 基于 FPGA 的 POWERLINK 方案 ............................................................................... 378 1.4 编译 FPGA 硬件工程 .................................................................................................... 379 1.5 编译软件工程 ................................................................................................................. 383 1.5.1 设置编译环境 ...................................................................................................... 384 1.5.2 生成 BSP .............................................................................................................. 385 1.5.3 导入软件工程 ...................................................................................................... 389 1.6 调试及下载 ..................................................................................................................... 391 1.6.1 编译软件工程 ...................................................................................................... 391 1.6.2 软件的调试 .......................................................................................................... 394 1.6.3 测试从站 .............................................................................................................. 396 1.6.4 下载到 Flash ........................................................................................................ 397 2.中级篇........................................................................................................................................ 397 2.1DirectIO 的应用 .............................................................................................................. 397 2.1.1FPGA 工程介绍及应用........................................................................................ 398 2.1.2 软件工程介绍及应用 .......................................................................................... 399 2.1.3Windows 做主站进行测试 ................................................................................... 400 2.2 PCP 的应用..................................................................................................................... 409 2.2.1 硬件的介绍及应用 .............................................................................................. 409 2.2.2 软件的介绍及应用 .............................................................................................. 416 7

王谨秋 2.3 AP-PCP 的应用 .............................................................................................................. 417 2.3.1 硬件介绍及应用 .................................................................................................. 417 2.3.2 软件介绍及应用 .................................................................................................. 418 3.高级篇........................................................................................................................................ 419 3.1 建立基本系统 ................................................................................................................. 420 3.2 FPGA 硬件工程移植 ..................................................................................................... 425 POWERLINK IP Core 设置 ......................................................................................... 425 依赖的其他外设 ........................................................................................................... 435 AP-PCP 双核 ................................................................................................................ 441 软件移植 ............................................................................................................................... 445 Makefile 的修改 ........................................................................................................... 445 Linker Script 文件 ........................................................................................................ 446 下载脚本 ....................................................................................................................... 447 AP 的移植..................................................................................................................... 448 附录三 CNDK1.0 用户手册-Altera ............................................................................................. 452 1 基础篇........................................................................................................................................ 452 1.1 评估板硬件介绍 ............................................................................................................. 452 1.2 源代码文件夹介绍 ......................................................................................................... 453 1.3 基于 FPGA 的 POWERLINK 方案 ............................................................................... 454 1.4 编译 FPGA 硬件工程 .................................................................................................... 455 1.5 编译软件工程 ................................................................................................................. 458 生成 BSP ...................................................................................................................... 459 导入软件工程 ............................................................................................................... 461 1.6 调试及下载 ..................................................................................................................... 465 编译软件工程 ............................................................................................................... 465 软件的调试 ................................................................................................................... 465 测试从站 ....................................................................................................................... 470 下载到 Flash ................................................................................................................. 470 2 中级篇........................................................................................................................................ 472 2.1 DirectIO 的应用 ............................................................................................................. 472 2.1.1 FPGA 工程介绍及应用....................................................................................... 472 2.1.2 软件工程介绍及应用 .......................................................................................... 474 2.1.3Windows 做主站进行测试 ................................................................................... 474 2.2 PCP 的应用..................................................................................................................... 484 2.2.1 硬件的介绍及应用 .............................................................................................. 484 2.2.2 软件的介绍及应用 .............................................................................................. 490 3.高级篇........................................................................................................................................ 491 3.1 FPGA 硬件工程 ............................................................................................................. 492 3.1.1 POWERLINK IP Core 设置 ................................................................................ 492 3.1.2 依赖的其他外设 ................................................................................................. 497 3.2 软件移植 ......................................................................................................................... 498 附录四如何实现一个 AP ............................................................................................................ 503 0.准备知识.................................................................................................................................... 503 0.1 DPRAM 的结构 ............................................................................................................. 503 8

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