专利名称：基于高速现场总线的pci数据采集单元的利记博彩app
技术领域：
本实用新型属于数据采集技术领域，特别涉及一种基于高速现场总线的PCI数据 采集单元，即基于GSK-Link高速现场总线的PCI数据采集单元，适用于数控设备与工业以 太网、PCI总线和处理器之间的数据采用。
背景技术：
高速现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之 间的数字式、串行、多点通信的数据总线，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双 向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备 间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。根据工业制造 设备的加工需求，通常将高速现场总线技术和数据采集技术结合使用。而在现有技术中，数控设备的数据采集方面，要求采集系统的数据要实时、高速、 可靠地反馈到控制电脑的分析系统上进行处理。但是由于传统依靠串口数据通信，高质量 的数据传输往往得不到保障，由于反馈数据通信的不可靠性和速度瓶颈限制了高精度的数 据采集和设备监控系统的发展。随着计算机计算的不断发展，PCI总线可获得较高的带宽 和速度。由于控制电脑上设有的分析系统具有非常高的数据采集和分析能力，并带有容易 实现的结果图像显示，使得带PCI卡的采集设备得到越来越多的青睐。现代化的制造业自 动化程度高，数控设备的加工要求也越来越高，涉及的工艺技术和环境状态也越来越复杂， 这使得数控系统的加工条件也变得复杂和不确定。那么这就需要有效、实时、准确、安全可 靠的信息采集技术来获得加工过程的数据，以提高整体系统的柔性、健壮性和对各种故障 的处理能力，同时要求控制网络有超高实时性和可靠性。工业以太网就是在类似这样的背 景下应运而生的。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可快速高效实 现可靠数据采集和交换的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，即基于GSK-Link高速现 场总线的PCI数据采集单元，。为达上述目的，本实用新型采用如下的技术方案基于高速现场总线的PCI数据 采集单元，包括PCI芯片、现场可编程门阵列芯片、处理器和以太网外围模块，所述PCI芯片 外接控制电脑，且PCI芯片、现场可编程门阵列芯片和处理器依次连接；所述现场可编程门 阵列芯片与以太网外围模块连接，并通过以太网外围模块与外部的从站数控设备连接。所述现场可编程门阵列芯片包括依次连接的PCI接口模块、存储器、处理器接口 模块和媒介存取控制层，所述PCI接口模块与PCI芯片连接，所述处理器接口模块与处理器 连接，所述媒介存取控制层与以太网外围模块连接。所述PCI接口模块包括PCI地址译码模块和数据存取控制模块，PCI地址译码模 块和数据存取控制模块均与存储器连接，且均与PCI芯片连接。3[0008]所述存储器为多端口存储器。所述存储器为双口 RAM。所述处理器接口模块包括处理器接口和数据存取控制模块，所述数据存取控制模 块和处理器接口连接，处理器接口与处理器连接；所述数据存取控制模块分别与存储器、媒 介存取控制层连接。所述媒介存取控制层包括管理模块以及与管理模块均分别连接的中央处理器接 口管理模块、时钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数据接收模块、数据发 送模块、存储器控制模块和MII串口寄存器管理模块，所述中央处理器接口管理模块与处 理器接口模块连接，所述时钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数据接收模 块、数据发送模块、MII串口寄存器管理模块均分别与以太网外围模块连接，所述数据接收 模块、数据发送模块分别与存储器控制模块连接。其中，中央处理器接口管理模块(即CPU接口管理模块)主要是管理与CPU相关接 口的数据读写、地址译码；时钟同步控制模块是针对工业控制和实时以太网的需求而设计 的一个模块，主要实现站点之间的时间同步，由管理模块进行控制管理；标准以太网媒介存 取控制层模块对全面标准以太网的支持；数据接收模块以太网数据解包和数据校验检错； 数据发送模块实现数据的打包和添加数据校验码。数据接收模块和数据发送模块两个的数 据都是存放在存储器控制模块中；存储器控制模块主要支持数据并行乒乓操作和实现数据 流控制，由管理模块进行协调管理；MII串口寄存器管理模块主要是对以太网外围模块中 的物理层芯片内部寄存器的读写访问控制，如对以太网外围模块中的物理层芯片工作模式 的控制和工作状态的查询，由管理模块进行控制管理；管理模块则是管理协调其他模块，包 括对数据错误接收判断处理、数据成功接收处理、时钟同步控制、双口 RAM管理控制、站点 控制等。所述存储器控制模块优选为双口 RAM控制模块。所述处理器为数字信号处理器。所述高速现场总线为GSK-Link高速现场总线。本实用新型的工作原理以太网外围模块接收以太网发送过来的以太网数据，处 理器读取以太网外围模块的以太网数据，并经过处理器处理后再传送至现场可编程门阵列 芯片中的存储器进行存储；PCI芯片读取存储在现场可编程门阵列芯片中的存储器中的经 过处理的以太网数据，并将以太网数据传输给控制电脑，控制电脑对这些数据进行分析处 理；控制电脑将分析得到的结果数据再经过PCI芯片传输给现场可编程门阵列芯片中的存 储器，存储器通过处理器接口模块传输给处理器，处理器对数据处理后，再由现场可编程门 阵列芯片中的媒介存取控制层把数据传给以太网外围模块，并通过以太网传输给连接到高 速现场总线的从站数控设备，调节各从站的参数以达高精控制目的。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果1、本实用新型可实现基于高速现场总线的各从站站点之间非周期短小数据报文 传送，并能在读取属于该数据采集单元地址的数据的同时能上传反馈数据。2、本实用新型在数据采集模式下，能读取连接到基于高速现场总线以太网的任何 一个从站的反馈数据和控制数据。3、本实用新型可实现基于高速现场总线的从站站点直接到从站站点之间的数据访问ο4、本实用新型可快速高效实现基于高速现场总线上可靠数据流的采集和交换。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是图1所示现场可编程门阵列芯片的结构示意图。图3是图1所示媒介存取控制层的结构示意图。图4是图1所示数据采集单元与以太网上数据流交换的示意图。图5是图1所示数据采集单元在主站与各从站站点之间的数据交流示意图。图6是图1所示数据采集单元的工作状态流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例如图1所示，本基于高速现场总线的PCI数据采集单元包括PCI芯片、现场可编程 门阵列芯片、处理器和以太网外围模块，所述PCI芯片外接控制电脑，且PCI芯片、现场可编 程门阵列芯片和处理器依次连接；所述现场可编程门阵列芯片与以太网外围模块连接，并 通过以太网外围模块与外部的从站数控设备连接。如图2所示，所述现场可编程门阵列芯片包括依次连接的PCI接口模块、存储器、 处理器接口模块和媒介存取控制层，所述PCI接口模块与PCI芯片连接，所述处理器接口模 块与处理器连接，所述媒介存取控制层与以太网外围模块连接。所述PCI接口模块包括PCI地址译码模块和数据存取控制模块，PCI地址译码模 块和数据存取控制模块均与存储器连接，且均与PCI芯片连接。所述存储器为双口 RAM。所述处理器接口模块包括处理器接口和数据存取控制模块，所述数据存取控制模 块和处理器接口连接，处理器接口与处理器连接；所述数据存取控制模块分别与存储器、媒 介存取控制层连接。如图3所示，所述媒介存取控制层包括管理模块以及与管理模块均分别连接的中 央处理器接口管理模块、时钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数据接收模 块、数据发送模块、存储器控制模块和MII串口寄存器管理模块，所述中央处理器接口管理 模块与处理器接口模块连接，所述时钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数 据接收模块、数据发送模块、MII串口寄存器管理模块均分别与以太网外围模块连接，所述 数据接收模块、数据发送模块分别与存储器控制模块连接。其中，中央处理器接口管理模块(即CPU接口管理模块)主要是管理与CPU相关接 口的数据读写、地址译码；时钟同步控制模块是针对工业控制和实时以太网的需求而设计 的一个模块，主要实现站点之间的时间同步，由管理模块进行控制管理；标准以太网媒介存 取控制层模块对全面标准以太网的支持；数据接收模块以太网数据解包和数据校验检错； 数据发送模块实现数据的打包和添加数据校验码。数据接收模块和数据发送模块两个的数据都是存放在存储器控制模块中；存储器控制模块主要支持数据并行乒乓操作和实现数据 流控制，由管理模块进行协调管理；MII串口寄存器管理模块主要是对以太网外围模块中 的物理层芯片内部寄存器的读写访问控制，如对以太网外围模块中的物理层芯片工作模式 的控制和工作状态的查询，由管理模块进行控制管理；管理模块则是管理协调其他模块，包 括对数据错误接收判断处理、数据成功接收处理、时钟同步控制、双口 RAM管理控制、站点 控制等。所述存储器控制模块为双口 RAM控制模块。所述处理器为数字信号处理器。所述高速现场总线为GSK-Link高速现场总线。本实施例的工作原理以太网外围模块接收以太网发送过来的以太网数据，处理 器读取以太网外围模块的以太网数据，并经过处理器处理后再传送至现场可编程门阵列芯 片中的存储器进行存储；PCI芯片读取存储在现场可编程门阵列芯片中的存储器中的经过 处理的以太网数据，并将以太网数据传输给控制电脑，控制电脑对这些数据进行分析处理； 控制电脑将分析得到的结果数据再经过PCI芯片传输给现场可编程门阵列芯片中的存储 器，存储器通过处理器接口模块传输给处理器，处理器对数据处理后，再由现场可编程门阵 列芯片中的媒介存取控制层把数据传给以太网外围模块，并通过以太网传输给连接到高速 现场总线的从站数控设备，调节各从站的参数以达高精控制目的。在高速现场总线上面的数据流包含很多个站点的数据，可以简称为火车数据队 列。在制造业等领域中，工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等各现场设备之间 数据通信及信息传递，一般是由采用一个设备作为主站向多个从站(即主站以外的其他各 设备)发送控制命令数据。如图4所示，从站站点2中设有本实施例的PCI数据采集单元， 则本PCI数据采集单元就可以根据以太网的包头的地址，在单地址数据传输或者广播数据 传输的时候读取到以太网上火车数据队列的上属于这一个从站站点的数据。由于现场可编 程门阵列芯片的并行工作处理能力比较强，通过高速现场总线上下载属于该站点的数据同 时可以上传反馈数据到以太网的火车数据队列上面去，就像火车的货物搬运，在卸货的同 时可以装载货物，快速处理数据流数据的上传和下载以达高速处理数据的效果。如图5所示，以连接的站点数量为四个为例，在基于高速现场总的环形连接通信 模式下，在从站站点2中设置有本实施例的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，从站站 点1和从站站点2均为电机伺服。在正常的通信情况下的一个周期里，主站分别在环形的两 个通道同时发送控制命令数据，如控制数据7、控制数据8、控制数据9，从站站点1的反馈数 据为反馈数据4，从站站点1的反馈数据为反馈数据5，从站站点3的反馈数据为反馈数据 6。由于基于高速现场总线的以太网的并行上传下载能力，在逆时针方向的通道上，总线数 据流在经过从站站点1后，从站站点1读取了属于该地址的数据，同时上传其反馈数据，于 是经过从站站点1的火车数据队列上的数据变成反馈数据4、控制数据8、控制数据9。那么 在经过从站站点2时，也就是经过基于高速现场总线的PCI数据采集单元时，在本PCI数据 采集单元设置为采集模式的情况下，本PCI数据采集单元除了提取主站发给它的数据(地 址为从站站点2~)外，还可以读取到从站站点1的反馈数据4和读取主站发送到从站站点3 的控制数据9，同时把自己的反馈数据5上传。也就是说基于高速现场总线的以太网上的数 据流在逆时针的通道上经过从站站点2的时候，本PCI数据采集单元可以读取到从站站点61的反馈数据4和从站站点3的控制数据9。同理，在顺时针方向的数据通道上，基于高速现场总线的以太网上的数据流经过 从站站点2的时候，本PCI数据采集单元可以读取到从站站点3的反馈数据6和从站站点1 的控制数据7。那么基于高速现场总线的以太网上连接的数量为四个的时候，本PCI数据采 集单元可以在一个通信周期里面读取到连接到该网络的所有其他两个从站的反馈数据4、 反馈数据4和控制数据7、控制数据8。依次可得，在基于高速现场总线的以太网上最多可以连接255个从站节点，在本 PCI数据采集单元设置为采集模式下，一个周期内可以采集卡可以采集到最多的所有2M 个从站的反馈数据和控制数据。本PCI数据采集单元把读取到的从站反馈数据和控制数据通过处理器、PCI芯片 送往控制电脑，控制电脑根据控制数据和反馈数据可以分析出实际上的运动控制效果，再 根据结果分析和需求对各伺服从站进行参数调节，以达到高精控制目的。从站站点的反馈数据是由主站决定的，本PCI数据采集单元可以通过反馈数据通 知主站，告诉主站需要什么样的反馈数据，例如位置、速度、温度、力矩等等。如图6所示，本PCI数据采集单元的工作状态流程若本PCI数据采集单元要进行 数据采集，首先通过控制电脑将其设置为采集模式，并通过反馈数据通知主站需要的反馈 数据类型，主站通过控制设置从站站点的反馈数据。在采集模式下，本PCI数据采集单元可 以在一个周期内接收所有从站站点的反馈数据并上传本站点的反馈数据，从站周期反馈数 据采集完成之后进入空闲状态。若要更改采集数据的类型，则需重新通过反馈数据通知主 站需要更改各从站的反馈数据类型；若下个周期还有数据采集请求，则继续接收所有从站 的反馈数据；若有结束采集模式的话则退出采集模式。在基于高速现场总线的数据流(即基于GSK-Link高速现场总线的数据流)，可实 现从站站点与从站站点之间的相互通信，且各数据流经过本PCI数据采集单元采集到控制 电脑中，并通过控制电脑的分析系统进行分析从而得到的结果，得到的结果可以通过本PCI 数据采集单元直接采集并传送到需要修改调整运动参数的任何从站站点，而不需要主站来 干预，减轻主站的数据处理负担，以求总体设备性能的平衡和优化提升。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于包括PCI芯片、现场可编程门 阵列芯片、处理器和以太网外围模块，所述PCI芯片外接控制电脑，且PCI芯片、现场可编程 门阵列芯片和处理器依次连接；所述现场可编程门阵列芯片与以太网外围模块连接，并通 过以太网外围模块与外部的从站数控设备连接。
2.根据权利要求1所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 现场可编程门阵列芯片包括依次连接的PCI接口模块、存储器、处理器接口模块和媒介存 取控制层，所述PCI接口模块与PCI芯片连接，所述处理器接口模块与处理器连接，所述媒 介存取控制层与以太网外围模块连接。
3.根据权利要求2所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 PCI接口模块包括PCI地址译码模块和数据存取控制模块，PCI地址译码模块和数据存取控 制模块均与存储器连接，且均与PCI芯片连接。
4.根据权利要求2所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 存储器为多端口存储器。
5.根据权利要求4所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 存储器为双口 RAM。
6.根据权利要求2所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 处理器接口模块包括处理器接口和数据存取控制模块，所述数据存取控制模块和处理器接 口连接，处理器接口与处理器连接；所述数据存取控制模块分别与存储器、媒介存取控制层 连接。
7.根据权利要求2所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 媒介存取控制层包括管理模块以及与管理模块均分别连接的中央处理器接口管理模块、时 钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数据接收模块、数据发送模块、存储器 控制模块和MII串口寄存器管理模块，所述中央处理器接口管理模块与处理器接口模块连 接，所述时钟同步控制模块、标准以太网媒介存取控制层模块、数据接收模块、数据发送模 块、MII串口寄存器管理模块均分别与以太网外围模块连接，所述数据接收模块、数据发送 模块分别与存储器控制模块连接。
8.根据权利要求7所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 存储器控制模块为双口 RAM控制模块。
9.根据权利要求2所述的基于高速现场总线的PCI数据采集单元，其特征在于所述 处理器为数字信号处理器。
专利摘要本实用新型提供了一种基于高速现场总线的PCI数据采集单元，包括PCI芯片、现场可编程门阵列芯片、处理器和以太网外围模块，所述PCI芯片外接控制电脑，且PCI芯片、现场可编程门阵列芯片和处理器依次连接；所述现场可编程门阵列芯片与以太网外围模块连接，并通过以太网外围模块与外部的从站数控设备连接，所述高速现场总线为GSK-Link高速现场总线。本实用新型可快速高效实现基于高速现场总线的以太网上可靠数据流的采集和交换。
文档编号H04L12/28GK201828913SQ20102056989
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者何英武, 张建军, 莫元劲, 黄水永 申请人:广州数控设备有限公司