嵌入式工业以太网控制器的设计与应用

随着工业以太网的大规模应用，嵌入式工业以太网系统越来越多地渗透到工业控制领域。已经获得了基于ColdFire微处理器和ARM处理器的嵌入式工业以太网系统。
被广泛使用的。但是，由于上述系统的开发平台并非完全针对工业以太网的应用，因此在实际应用中经常发生硬件资源浪费或资源不足的问题，并且开发系统经常需要外部PLD芯片进行逻辑控制。
外围设备。 ，接口速率存在瓶颈问题。
基于SOPC技术的NIOS处理器可以解决此问题。 ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;硬件设计控制器的硬件设计已在SOPC Builder和QuartusII中完成。
它们可用于灵活地自定义NIOS CPU的各种功能和指令。您可以使用Altera提供的大量IP来加速NIOS外设的开发并改善外设的性能。
您还可以使用第三方IP或VHDL，Verilog定制外围设备。 ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;嵌入式工业以太网控制器的硬件分为三个部分：FPGA部分，存储器部分和外围组件部分，如图1所示。
本文选择的FPGA是CYCLONE EP1C6。 ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;在SOPC Builder中需要设计的是FPGA部分。
NIOS系统中要构建的组件模块包括：用于连接到NIOS内核的Avalon总线控制器的NIOS CPU内核，以及存储Boot ROM，UART串行通信电路模块（RS232内核），一个内部计时器以及一些用于启动和调试程序的通用I / O外设接口模块。为了使NIOS系统正常工作，必须将一个RS232通信端口，RJ45，几个发光管和数字管以及16M SRAM和4M Flash ROM连接到FPGA外设。
＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;软件设计由于在硬件开发中由NIOS CPU及其外围设备组成的系统是自定义的，因此内存和外围设备的地址映射等都是不同的，因此需要专有的SDK（软件开发工具包）。完成NIOS的硬件开发后，SOPC Builder可以自动生成SDK。
＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;软件部分的开发与常规嵌入式系统的开发几乎相同。唯一的区别是这里的嵌入式系统是自己定制和定制的。
限制较小。 Clinux。
＆amp;＃61549;考虑到成本性能和现场控制需求，控制器的操作系统采用整个嵌入式工业以太网控制器具有以下特征： ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp; 1）高灵活性。由于微处理器采用NIOS，因此可以灵活分配系统资源，克服了其他处理器存在的接口速率瓶颈的缺点，适应了工业以太网实时数据的需求。
＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp; 2）切割后Clinux的体积很小，并且具有以太网功能，可以轻松实现控制器的小型化和联网；＃61549;高集成度。因为NIOS具有丰富的接口资源，所以＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp;＆nbsp; 3）非常高的实时性能。
该控制器在硬件和软件设计中充分考虑了系统的实时性能。在硬件设计中使用了高速A / D（500kHz）和多个D / A输出，从而可以对关键信号进行采样和及时输出，从而确保了“硬实时”。
将RTlinux模块添加到操作系统中，以确保“软实时”。 ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;实际应用为了响应企业生产现场的需求，该控制器被应用于基于以太网的控制系统。
考虑到现场对网络可靠性参数的严格要求，使用环形网络拓扑可以提高网络的可靠性。 ＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;＆amp; nbsp;采用控制域的概念来解决网络的实时性问题，它将控制现场的分区和