基于FPGA的工业现场总线侦听器的设计与实现.pdf

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1、第1期组合机床与自动化加工技术No．12014年1月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJan．2014文章编号：1001—2265(2014)01-0093—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．01．026基于FPGA的工业现场总线侦听器的设计与实现宛世源，宋宝，唐小琦(华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心，武汉430074)摘要：分析了网络侦听在工业现场总线中的应用需求以及目前工业现场总线侦听的应用状况，在EtherCAT侦听器和

2、网络转换网关设计的基础上提出了一种基于FPGA的总线侦听器设计方法并加以实现，采用了NCUC—Bus工业现场总线进行了侦听实验，实验结果表明所设计的侦听器能够实时地侦听总线通信链路并准确地解析侦听到的数据帧。关键词：网络侦听：工业现场总线；数据帧中图分类号：TH165：TN915．05文献标识码：ATheDesignandImplementationofIndustryFieldBusSniferBasedonFPGAWANShi．yuan．SONGBao．TANGXiao．qi(NationalNumericalControlSy

3、stemEngineeringResearchCenter，HuaZhongUniversityofScienceandTech—nology．Wuhan430074)Abstract：Theneedandcurrentapplicationstatusofnetworksnifingontheindustryfieldbusisanalyzed．BasedonthesnifferofEtherCATandthenetworkconversiongateway．adesignofbussnifferbyFPGAiSproposeda

4、ndimplemented．Experimentwitl1NCUC—BUSalsoverifiesthatthebussniffercanmonitorthecommunicationlinkinrealtimeandparsestheframeexactly．Keywords：networksniffer；industryfieldbus；dataflame0引言好的总线侦听器。1总线侦听的实现原理随着数控加工朝着高速高精发展，工业现场总线已经成为了数控系统通信的主流。为了方便研究人员工业现场总线一般为主从结构，侦听器串联在通开发

5、调试总线以及用户更好地使用和维护总线，需要信链路中，将总线数据帧转换为以太网帧，发送至上位一种侦听总线链路通信状态，实时解析通信数据的总机(PC)，同时将接收到的总线数据帧原封不动地转发线侦听器。至下一个从站，这样不会影响到总线的正常通信。拓工业现场总线的侦听一般借助于以太网的侦听，补结构如图1所示。也就是将总线数据帧发送至以太网卡，然后侦听网卡上的数据帧，从而实现对总线的侦听。在目前工业现场总线侦听的应用中，文献[1]利用德国倍福公司开发的侦听器将EtherCAT总线数据帧发送至以太网卡，图1总线侦听拓补结构捕捉网卡上的数据帧，然

6、后根据EtherCAT数据帧格式对捕获到的数据帧进行解析，实现了对EtherCAT总线在以太网侦听中将网卡设置为混杂模式就能捕获的侦听。但是这种侦听器只适用于以太网兼容的工业任意一帧经过网卡的数据，因此只要将总线数据帧现场总线。文献[2]设计了基于DSP和FPGA的网络封装成以太网帧发送至PC网卡就能借助以太网的侦转换网关，实现了TCP／IP协议，完成了工业现场总线听来实现总线的侦听，从而省略对TCP／IP协议的实与以太网之间的互联通信，这样就能够实现对非以太现。如图2所示，以太网帧包含6个域，通过填充这6网兼容的工业现场总线的侦听

7、。在这两种设计方法的个域来实现以太网帧的封装。①前导码：前导码前7基础上，本文裁剪了文献[2]方法中硬件结构，只采用个字节的值为0X55，最后一个字节的值为0XD5；②目FPGA设计了一种硬件结构相对简单，通用性相对较的地址：由于网卡设置为混杂模式，目的地址可以随意收稿日期：2013—05—03；修回日期：2013—05—22基金项目：高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“开放式高档数控系统、伺服装置和电机成套产品开发与综合验证(2012ZX04001012)；高档数控机床与基础制造装备科技重大专项“高精度、高分辨率绝对式光栅旋

8、转编码器研制(2012ZX04001041)作者简介：宛世源(1989～)，男，湖南邵阳人，华中科技大学硕士研究生，主要研究方向为数控技术、现场总线，(E—mail)wan—shiyuan@qq．com；唐小琦(1957一)，男，湖北