�tude sur r�seau de base � double protocole Zynq et la mise en uvre de POWERLINK

Wan Shen Wen, Wu Ran, Li Fang, Wuzhong Bing, le drainage Yan dans la

(Shanghai Zhenhua lourd Electric Co., Ltd, Shanghai 200125)

: Syst�me de positionnement dynamique est principalement utilis� pour r�soudre les navires hauturiers probl�me de positionnement dynamique, le syst�me de r�seau en temps r�el et a une tr�s haute exigences de s�curit�. Syst�me de positionnement dynamique tandis que le noeud de r�seau multiple et de la structure de r�seau complexe, une partie de l'unit� de commande et l'unit� d'acquisition de donn�es n�cessitent souvent deux �metteur-r�cepteur de donn�es de r�seau. En analyse comparative approfondie des diff�rents Ethernet temps r�el, s�lectionnez l'industrie avec Ethernet en temps r�el POWERLINK et de s�curit� pour l'�tude, en utilisant la plate-forme mat�rielle Zynq, nous avons propos� la mise en place de deux MicroBlaze run soft-core deux �taient sur Zynq la nouvelle m�thode de protocole POWERLINK ind�pendant. Cette m�thode peut r�soudre le double contr�leur r�seau probl�me de multiplexage par Internet, tout en atteignant la station ma�tre POWERLINK de toute combinaison, afin d'optimiser la structure du r�seau et la r�duction des co�ts. Enfin, la formation du r�seau et Wireshark double POWERLINK pour le test de capture, les deux m�mes param�tres r�els et les param�tres de conception du r�seau et de transmission �change de donn�es � droite, les r�sultats exp�rimentaux mesur�s d�montrent la fiabilit� et la validit� du programme.

: POWERLINK, double, Zynq, syst�me de positionnement dynamique

: TP23; TP393.11 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.1674-7720.2017.09.020

Format de r�f�rence : Wan Shen Wen, Wu Ran, Li Fang, et d'autres Zynq fond�e sur la recherche de r�seau � double protocole POWERLINK et la mise en uvre [J] l'application des STI, 2017,36 (9): 67-70,77.

0 introduction

Syst�me de positionnement dynamique par un �cart (syst�me de positionnement dynamique, DPS) entre la position r�elle et la position cible d�tect�e en temps r�el du navire, la mission du navire pour calculer la taille de la pouss�e requise atteint la position cible, et chacun des propulseurs de contr�le de la distribution de pression � bord du navire, de sorte que exp�dier la position et maintenue dans la direction souhait�e [1] que possible. syst�me de contr�le de positionnement dynamique des navires est tr�s haute s�curit� et les exigences en temps r�el, une fois l'�chec apportera d'�normes pertes �conomiques et les questions de s�curit�. En outre le syst�me de positionnement dynamique et une structure de r�seau complexe r�seau multi-noeud, une partie de l'unit� de contr�le et d'acquisition de donn�es transmet et re�oit des donn�es souvent deux r�seaux. En comparant les diff�rents s�lectionn�s en temps r�el Ethernet POWERLINK [23] comme en temps r�el syst�me de contr�le de positionnement dynamique Ethernet.

� l'heure actuelle, l'�tude de protocole POWERLINK ax� sur l'analyse des performances et de l'application, principalement utilis� dans CNC domestique et le robot [4] ainsi que le contr�le de s�curit� et d'autres domaines [5]. La recherche dans l'utilisation des plates-formes de r�seau multiples Powerlink moins, l'architecture de la passerelle r�seau de contr�le automatique Institut de recherche sur la technologie, du Nord � double POWERLINK utilise une double puce (MCU + FPGA) est principalement utilis� pour deux probl�mes de transmission de r�seau synchrone [6] �tudes, mais sur une seule puce FPGA r�seau double et n'a pas fait des probl�mes de transmission de donn�es. L.Seno Universit� de Padoue, en Italie et d'autres recherches �trang�res sera appliqu�e au syst�me de traitement d'alarme POWERLINK [7], l'Universit� de Grenoble, France

A.Soury et al openSAFETY et le r�seau POWERLINK utilis�s en conjonction avec le syst�me de commande d'ascenseur [8]. POWERLINK de plus en plus de recherche est distribu� en r�seau, la s�curit�, la redondance et la simulation POWERLINK [911], la recherche en r�seau moins r�seau bimode.

exp�dier r�seau pr�sente le syst�me de contr�le de positionnement dynamique est �tudi�, analys� la structure de la topologie du r�seau. L'utilisation de l'unit� de commande et l'unit� d'acquisition de donn�es, con�u pour Zynq une puce PHY et plate-forme mat�rielle, et la cr�ation de deux s�ries distinctes POWRLINK MicroBlaze noyau mou sur le protocole Zynq. Enfin, deux groupes ont �t� Wireshark avec le test de capture, les param�tres de test de r�seau compatibles avec les param�tres de conception du r�seau pour v�rifier l'exactitude et la fiabilit� de la conception.

Une analyse de la structure de r�seau de syst�me de positionnement dynamique

l'architecture de r�seau de syst�me de positionnement dynamique repr�sent�e sur la figure 1 est divis�e en trois couches: la couche d'informations, la couche de contr�le et la couche de dispositif. La couche d'informations est essentiellement compos�e d'un ordinateur, l'ensemble du syst�me est principalement afficher appareil de commande de transmission de l'information de l'�tat op�rationnel de chaque dispositif. Et un contr�leur contr�lant la couche compos�e principalement d'Ethernet industriel, dans lequel le dispositif unit� de commande CU, le DAU pour l'acquisition de donn�es. CU est principalement responsable de l'analyse de l'instruction, et un proc�d� de communication de donn�es effectue, le DAU est responsable de la collecte d'un dispositif externe tel que des capteurs de vent, des syst�mes de radiocommunication, des propulseurs et d'autres donn�es. couche de dispositif constitu� principalement par le capteur de position, des syst�mes d'alimentation et le syst�me de pouss�e.

noeud gestion du r�seau POWERLINK droit d'utilisation du bus est appel� noeud de gestion responsable POWERLINK (noeud g�r�, MN), commun�ment appel�e la station ma�tre. Tous les nuds disponibles sur le r�seau par les op�rations de gestion de nud de gestion, un r�seau POWERLINK ne peut avoir qu'un seul nud de gestion. Tous les autres noeuds dans le MN ne cr�neau temporel assign� de la communication des paquets transmis est renvoy� au noeud contr�l� (noeud, CN contr�l�e), commun�ment appel� station esclave [12]. Les donn�es de la station �mettrice-r�ceptrice, enti�rement contr�l�e par la station ma�tre.

Nombre de dispositifs de syst�me de positionnement dynamique, la structure de r�seau complexe, qui fait partie du dispositif de commande et l'unit� d'acquisition de donn�es transmet et re�oit des donn�es souvent deux r�seaux. Comme on le voit, CU1, CU2, CU32 sera d�livr� aux instructions et algorithmes DAU1, DAU2, DAU3 dans, CU1, CU2, CU3 utilis� comme station ma�tre dans ce r�seau, DAU1, DAU2, DAU3 utilis� comme esclave.

contr�leur de station ma�tre de l'unit� dynamique Syst�me de positionnement souvent utilis�, mais dans le cadre du r�seau est utilis� en tant que contr�leur esclave dans des cas particuliers. 3, le poste principal dans le r�seau CU1, CU3 et pour accepter des instructions de commande envoy�es par la station algorithme de CU1, puis transmet la commande � la DAU4 de l'algorithme.

Comme on le voit � partir de la topologie de r�seau deux ci-dessus, la station ma�tre CU3 utilis� dans le premier r�seau, � partir d'un poste destin� � �tre utilis� dans le deuxi�me r�seau. Autrement dit, ma�tre CU3 besoin POWERLINK s�par�ment des cours d'ex�cution deux protocoles pour atteindre cette fonction.

2 Conception du syst�me

2.1 Conception du mat�riel

Compte tenu des fonctions de contr�leur complexes FPGA et les ressources d'autres questions et, afin de choisir le Zynq de Xilinx comme la plate-forme mat�rielle. En Zynq d'addition, noeud de communication POWERLINK doit obtenir le mat�riel suivant:

(1) a 512 Mo x 8 bits des puces flash NAND S34ML04G100TFI, POWERLINK comme un stockage et un syst�me de fichiers.

(2) deux 128 Mo x de puce 16 bits de MT41J128M16HA125IT DDR3, POWERLINK pile de protocoles fonctionne comme requis m�moire externe.

(3) POWELRINK adress�e par l'adresse de noeud, chaque noeud a une NodeID, n�cessite un peu 8 commutateurs DIP pour d�finir le noeud NodeID.

(4) R�seau total en deux grandes, deux mod�le s�lectionn� en tant que puce la puce PHY 88E1111. interface IO en utilisant le mode R�duire RMII (R�duit Medium idependent Interface) en tant que mode de fonctionnement de la couche physique. Sur la puce PHY externe puis deux ports r�seau RJ45, chaque canal fournit des communications avec le voyant indicateur d'�tat de ports.

(5) 50 MHz oscillateur � quartz et fournit la source d'horloge pour l'ensemble du mat�riel FPGA.

(6) interface JTAG est utilis� pour le d�bogage et le logiciel de t�l�chargement de programme.

sch�ma de principe du syst�me de mat�riel repr�sent� sur la figure 4.

2.2 Conception de logiciel

Il sont couramment utilis�s deux cours de r�alisation POWERLINK: programme de langage C MCU / Verilog de CPU HDL et syst�me � base de FPGA. POWERLINK est fond�e sur le programme de langage C, en cas de fonctionnement dans le FPGA n�cessaire pour mettre en uvre un processeur FPGA dans le soft, comme MicroBlaze [13].

POWERLINK double n�cessit� de protocole pour s�lectionner le syst�me de processeur du syst�me � double MicroBlaze AXI dans le mode du processeur int�gr�, r�gler la fr�quence d'horloge pour chaque MicroBlaze et la taille m�moire locale, ensemble de m�moire locale � 8 Ko en g�n�ral. POWERLINK interne utilise un total de deux bus, l'un est le bus AXI, l'autre est le bus LMB. AXI (Advanced eXtensible Interface) est un bus � haute bande passante, le bus � faible latence, principalement utilis� dans le dispositif de transmission de donn�es en deux pi�ces de ma�tre. LMB (m�moire locale Bus) est un bus de m�moire locale, l'acc�s au bus de m�moire pour stocker des donn�es et des instructions sur puce RAM de bloc. Le bus de m�moire d'instructions de bus de m�moire (ILMB) et un bus de m�moire de donn�es (DLmb) sont deux, respectivement, et les instructions de processeur pour l'interface de donn�es.

Le syst�me repr�sent� sur la Fig. 5 utilise la structure de bus AXI que le syst�me de communication, axi2axi_connector mis en oeuvre sur AXIlite partag�e bus esclave, esclave partag� entre deux co-traitement noyau MicroBlaze. Module de bo�te aux lettres de suspension de bus de communication de processeur et le module de synchronisation de processeur mutex. Deux MicroBlaze chaque processeur dispose d'un BRAM priv� pour stocker des instructions et des donn�es. Le tableau 1 �num�re les modules principaux de la configuration de syst�me d'un double MicroBlaze.

Comme repr�sent� sur la figure POWERLINK noyau IP deux registres de donn�es et deux broches S_AXI_MAC_PKT et S_AXI_MAC_REG MicroBlaze soft-core et de donn�es sur le port connect� � l'M_AXI_DP commun ZYQN IP axi2axi_connector interne. POWERLINK IP comprend principalement une couche physique et la MAC HUB, diff�rent noyau IP comprend un autre mode de mise en r�seau POWERLINK, le mode de r�seau anneau principal, et en forme d'�toile en cha�ne.

Apr�s avoir r�gl� le MicroBlaze, et bram bus AXI apr�s la conception mat�rielle de l'exportation XPS au logiciel SDK,

POWERLINK introduit dans le SDK BSP �tablissant (Board Support Package) de fonctionnement du logiciel de but sur une carte mat�rielle est open source. Programme doit configurer le nombre de noeuds de chaque station, le cycle de communication, la quantit� de donn�es et variables d'application correspondant dictionnaire d'objets et de l'objet associ�, besoin de modifier les �l�ments suivants:

(1) Le num�ro de noeud ma�tre, le cycle de communication et la quantit� de donn�es est fourni:

#define NODEID0xF1 // noeud ma�tre No. 241

#define CYCLE LEN 800 // p�riode de communication est r�gl�e sur 800 ms

#define CONFIG_TX_PAYLOAD 250 // 250 B �mis

#define CONFIG_RX_PAYLOAD 250 // 250 B � proximit�

(2) les param�tres de l'objet principal dictionnaire comprennent un index, un sous-index, le type d'objet, le type d'acc�s et le type de donn�es, comme suit:

EPL_OBD_SUBINDEX_RAM_VAR (0x6000, 0x00, kEplObdTypUInt8, kEplObdAccConst, tEplObdUnsigned8, NumberOfEntries, 0x01)

O� l'indice est 0x6000, 0x000x6000 est l'indice de l'enfant; kEplObdTypUInt8 est le type d'objet non sign� 8 bits; kEplObdAccConst est le type d'acc�s, tEplObdUnsigned8 est 8 bits non sign�e type de donn�es; NumberOfEntries est le nom d'index, 0x01 est la valeur par d�faut.

Selon leur besoin pour modifier la valeur principale de l'indice, et les donn�es de l'indice du sous-type de param�trage dictionnaire d'objets.

(3) POWERLINK objet dans l'encapsulation de donn�es de dictionnaire d'objets et d'analyser la trame de donn�es, il y a deux variables dans le programme de demo_main.c DigitalIn_Domain1 et DigitalOut_Domain1. DigitalIn_Domain1 la station ma�tre valeur variable de fa�on cyclique au noeud 1, est re�u p�riodiquement � partir de la valeur stock�e dans le noeud 1 � la variable DigitalOut_Domain1.

// les donn�es re�ues dans la variable DigitalIn_Domain1

ObdSize = CONFIG_RX_PAYLOAD;

uiVarEntries = 1;

EplRet = EplApiLinkObject (0x6100, DigitalIn_Domain1, & uiVarEntries, & ObdSize, 0x01);

si (EplRet! = kEplSuccessful)

{

goto ExitShutdown;

}

Adresse IP du r�seau POWERLINK pour les trois derniers num�ro de noeud POWERLINK, le r�glage du num�ro de noeud ne peut pas �tre dupliqu�. Le num�ro de noeud peut POWERLINK proc�dure est le programme ma�tre et programme esclave, �crire le fichier de script � la station ma�tre et la station ma�tre, le ma�tre et l'esclave, la combinaison esclave Slave 3 modes en trois fichiers, en fonction des besoins de l'application par JTAG t�l�charger au syst�me mat�riel.

Analyse 3 tests du syst�me et des r�sultats

Proc�d� de communication POWERLINK plus compliqu�, afin d'am�liorer le fonctionnement du double test, mis en place un double jeu de protocoles de r�seau POWERLINK de la station ma�tre, comme le montre la Fig. Deux ports d'acc�s au r�seau de chaque station ma�tre dans un moyeu diff�rente, l'acc�s d'un HUB d'un cycle de communication noeuds esclaves est de 500 ms, la quantit� de donn�es 250 B. Un autre acc�s du moyeu 2 et 3, le noeud esclave de cycle de communication � la station de noeud 800 ms, la quantit� de donn�es 250 B. logiciel de test en cours d'ex�cution sur un r�seau d'acc�s Wireshark PC, de sorte que la saisie de donn�es ressort du fonctionnement du r�seau et chacun de la diff�rence entre les deux ensembles de donn�es.

La Fig. 8 station ma�tre 240 et la communication de donn�es esclave montant 250 B, le cycle de communication POWERLINK SOC deux d'intervalle de trame adjacent, � savoir, 500 us. 9 et la station ma�tre 240 et les donn�es de trafic de la station 2 � la station de 3250 B, le cycle de communication de 800 ps. Le num�ro de noeud esclave des deux r�seaux, le cycle de communication et le volume de donn�es est compatible avec les param�tres de conception exp�rimentale, de sorte que le protocole de communication de r�seau bis r�seau POWERLINK normale peut �tre r�alis�e.

Peut �tre vu de la figure. 10 et la figure. 11, apr�s les trois premi�res fois plusieurs donn�es de test sont 0, aucun ph�nom�ne de comptage d'erreur d�crit POWERLINK double des donn�es op�rationnelles correctement.

4 Conclusion

Dans cet article, le syst�me de positionnement dynamique pour l'application de l'arri�re-plan pour une architecture de r�seau complexe syst�me d'alimentation, en utilisant un seul contr�leur dans les deux r�seaux en m�me temps cette situation, �tude approfondie des principes et protocole POWERLINK, propos� � la plate-forme mat�rielle Zynq, dual soft-core MicroBlaze le mode de fonctionnement plate-forme de protocole POWERLINK respectivement, puis mis en place pour mesurer le taux d'erreur de tester la validit� et de la stabilit� du protocole de r�seau du r�seau � partir d'un nombre double de noeud, le cycle de communication, et la quantit� de donn�es des donn�es. Apr�s plusieurs tests param�tres exp�rimentaux unanimes r�els et des param�tres de conception exp�rimentale et la transmission d'�change de donn�es corriger cette conclusion, la faisabilit� du programme.

r�f�rences

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