基于PCIe總線的EtherCAT從站設計.pdf

1、在海洋工程模型的研究試驗中，測量系統(tǒng)受自身的封閉性、獨立性等條件限制，各類測量儀器單獨運行，獨立采集、存儲及上傳實驗數(shù)據(jù)，從而影響到了整個測試系統(tǒng)的實時同步控制、觀測與處理。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和同步性，將EtherCAT實時以太網(wǎng)技術引入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將各個獨立的從站統(tǒng)一連接，為高速實時的現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了理想平臺。
　　本文介紹了網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，針對沒有EtherCAT網(wǎng)絡接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從

2、站類型，設計了一款基于PCIe總線的從站通信卡。本設計實現(xiàn)了一種新的EtherCAT從站設計形式，通過這款具有EtherCAT網(wǎng)絡從站功能的PCIe通信卡，將需要計算機獨立管理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站成功接入到EtherCAT網(wǎng)絡。該方案改變并拓寬了EtherCAT從站實現(xiàn)形式，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站的整體性能，為研究和應用EtherCAT技術提供了一種新的途徑。該通信卡包括三大核心芯片:FPGA、STM32和ET1100。從站設備將采集的數(shù)

3、據(jù)通過PCIe總線傳輸?shù)紽PGA，F(xiàn)PGA將數(shù)據(jù)轉化后通過SPI總線傳送到STM32單片機，單片機將數(shù)據(jù)進行編碼、映射后借助于從站控制器芯片ET1100將數(shù)據(jù)成功傳輸至EtherCAT網(wǎng)絡。
　　本文將從系統(tǒng)從站的整體設計方案、系統(tǒng)從站硬件的的設計及實現(xiàn)、系統(tǒng)從站軟件的設計與實現(xiàn)等幾個方面展開論述。首先詳細介紹了系統(tǒng)從站硬件電路的設計，包括PCIe接口設計、FPGA器件選型及電路設計、EtherCAT通信模塊電路設計和電源電路設計

4、，然后介紹EtherCAT網(wǎng)絡從站軟件程序設計包括STM32程序設計、FPGA程序設計以及系統(tǒng)從站驅動程序的開發(fā)，最后對整個EtherCAT網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從站進行調(diào)試和性能測試。首先在QuartusⅡ11.0軟件開發(fā)環(huán)境下，利用SignalTapⅡ在線邏輯分析儀測試了PCIe總線數(shù)據(jù)傳輸時序和FPGA內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸時序，然后利用倍福公司的TwinCAT軟件進行網(wǎng)卡整體傳輸性能測試，最后利用實驗室自主研發(fā)的系統(tǒng)主站軟件進行從站網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)