基于Windows的Powerlink主从站通信.doc

目录一、 设计任务211、设计要求212、课程设计任务及工作量的要求2二、powerlink工作原理321、powerlink 是iec 国际标准322、osi 模型32. 3、powerlink 的物理层32. 4 powerlink 的数据链路层42. 5 powerlink 的同步机制52.6 powerlink 数据帧的格式6三、总体实现方案流程73.1总体过程3.2具体步骤四、软件框图11五、设计调试结果12六、总结心得13七、参考文献13一、设计任务（要求）题目三 基于windows的powerlink主从站通信一、设计要求两人一组，一人作为主站（mn），一人作为从站（cn），实现windows下的powerlink主从站通信，在两台pc的控制台分别显示mn：姓名和学号cn：姓名和学号二、课程设计任务及工作量的要求根据任务书要求，完成以下设计任务：1.参考学习powerlink实现以太网教程相关部分，学习怎样修改openpowerlink源代码，怎样使用openconfigurator配置从站网络参数和映射参数2.掌握powerlink工作原理3在windows系统下安装visual studio 2008，编译openpowerlink开源代码 4. 利用开源配置工具openconfigurator配置网络参数和映射参数，将产生的mnobd.cdc和xap.h文件放置正确的目录下5. 根据配置参数，修改源代码相关部分，重新编译源代码，完成主从站通信功能，并在控制台显示各自的姓名和学号 6. 通过wireshark进行功能演示。二powerlink工作原理1、 powerlink 是iec 国际标准powerlink 是iec 国际标准，同时也是中国的国家标准。通信描述：iec61784-2服务和协议：iec61158-300iec61158-400iec61158-500iec61158-600设备描述：iso15745-1/22、 osi 模型osi 是一个用于开放信息处理系统标准化的通信模型，它当今许多通用无数据优先级传输协议的参考模型。这个模型将数据传输的任务分为7 层，每层（除了最底层）建立在另一层的基础之上。powerlink 是一个三层的通信网络，它规定了物理层、数据链路层和应用层。3. powerlink 的物理层powerlink的物理层采用标准的以太网，遵循ieee802.3 快速以太网标准。这意味着无论powerlink 的主站还是从站，都可以运行于标准的以太网之上。这带来的好处是：1. 只要有以太网的地方就可以实现powerlink，例如你的pc 机上可以运行powerlink、一个带有以太网接口的arm 可以运行powerlink、一片fpga也可以运行powerlink。2. 以太网的技术进步，就会带来powerlink 的技术进步。因为powerlink 是站在标准以太网的肩膀上，而标准的以太网是一个开放的、全民的网络，在各个领域广泛应用，各行各业的人不断地为以太网的升级而奋斗。目前powerlink 支持10m/100m/1000m 的以太网。只需在硬件驱动程序中做小小的改动，powerlink就可以支持10g 的以太网。3. 实现成本低。如果用户的产品以前是基于arm 平台，一般arm 芯片都会带有以太网，这样用户无须增加任何硬件，也无需增加任何成本，就可以在产品中集成powerlink，用户所付出的只是把powerlink 的程序集成到应用程序中，而powerlink 的源程序又是开放且免费的。用户可以购买普通的以太网控制芯片（mac）来实现powerlink 的物理层，如果用户想采用fpga 的解决方案，powerlink 提供开放源码的openmac。这是一个用vhdl语言实现的基于fpga 的mac，同时powerlink 又提供了一个用vhdl 语言实现的openhub，支持16 个端口。如果用户的网络需要做冗余，如双网、环网等，就可以直接在fpga 中实现，易于实现且成本很低。此外由于基于fpga 的方案，从mac 到数据链路层（dll）的通信，powerlink 采用了dma，因此速度更快。4.powerlink 的数据链路层powerlink 的数据链路层：也就是powerlink 的核心，主要包括如下功能：1. 构建/解析数据桢、对数据桢定界、网络同步、数据桢收发顺序的控制。2. 传输过程中的流量控制、差错检测、对物理层的原始数据进行数据封装等。3. 实时通信的传输控制。4.在powerlink 网络中，至少有一个设备做为主站（mn），其他的设备做为从站(cn)。每个从站设备都有唯一的节点号（nodeid），该节点号是用来区分网络中的设备，取值范围为1-239。主站设备（mn）的节点号为240，主站的作用是为了为协调各个从站，合理分配总线使用权，避免冲突，实现实时通信。powerlink 的实时通信机制：powerlink 有两种通信机制，基于请求/应答模式和基于定时主动上报模式（prc 模式）。2.4.1 基于请求/应答模式该种模式主站（mn）轮询所有从站（cn）。首先主站发送preq数据帧（preqcn1）给1 号从站，该数据帧是单播的，只有1 号节点接收，其他节点不接收。在该数据帧中包含了主站（mn）要发送给1 号从站的数据。当1 号节点收到来自主站的preq数据帧，就会上报一个pres数据帧（prescn1），该数据帧是广播的，除了主站可以接收到以外，网络中其他任何一个从节点都能收到。主站（mn）与1 号从节点(cn1)一来（preq）、一往（pres），就完成了一次信息交互；接下来主站（mn）与2 号从节点(cn2)的信息交互，以此类推，将网络中所有的节点扫描一次，称为一个循环周期。假定循环周期为200us，那么网络中的每个设备每200us 就有一次收取/发送数据的机会，而且不会与其他设备造成冲突。该种模式下的性能：完成一个站的通信所需要的时间，取决于物理层的传输速度和需要传送的数据包大小。假定物理层为100m 以太网，该种网络的传输速度为12.5bytes/us，假定数据包大小为64bytes（每个preq和pres数据帧最大可传输1490bytes 的数据），那么完成一个站的通信所需要的时间：t=tpreq+tgap+tprestpres：从站发送pres数据帧给主站，时间长度为64/12.5=5.12ustgap：preq数据帧与pres数据帧之间的时间间隙，约为2us因此完成一个站的通信，总时间长度为12.24=5.12+2+5.12三、总体方案流程图一、总体过程：1、 在windows系统下安装visual studio 2008，2、 下载openpowerlink开源代码 ，并在visual studio 2008上编译。4、 利用开源配置工具openconfigurator配置网络参数和映射参数，将产生的mnobd.cdc和xap.h文件放置正确的目录下5、 根据配置参数，修改源代码。6、重新编译源代码，完成主从站通信功能，并在控制台显示自己的的姓名和学号 7、通过wireshark进行演示。二具体步骤为：（根据powerlink 实时以太网教程操作）一、1所需软件和硬件：需要准备两台电脑，一台作为主站，一台作为从站；操作系统为windows xp；需要安装vs2008 开发环境；需要安装winpcap或者wireshark。2. 将powerlink 的源码分别拷贝到要作为主站和从站的电脑上，随便选哪台电脑做主站都可以，主站和从站上的程序有所不同。3. 打开主站examplesx86windowsvc9demo_pcap下的工程，使用vs2008 打开，此外为了能在windows 上运行openpowerlink，你需要安装winpcap或wireshark软件，因为openpowerlink将pcaplib作为网卡驱动程序。4. 修改主站上的网络参数和映射参数，5. 修改主站上的源程序。打开demo_main.c文件，将nodeid改为：#define nodeid 0xf0 /=mn，主站的 nodeid 为 240 即 16 进制的 fo6. 定义一个变量（byte output8），与0x2000/01 link 起来。7. 接收的网络参数和映射参数：8. 定义一个变量（byte input8），与0x2200/02 link 起来。二、设置从站的参数1. 从站需要2 个参数，一个参数用来接收来自主站的数据，另一个参数发送给主站。打开objdict.h文件。首先确定我们要把哪个object 作为发送给主站的参数，我们注意到源码里有一个object0x6000/01，可以将该object 作为从站发送给主站的参数。2. 修改从站上的源程序。打开demo_main.c文件，将nodeid 改为：#define nodeid 0x01 /=从站的 nodeid 取值范围 1-2393. 定义一个变量（byte output8），与0x6000/01link 起来。4. 接收的网络参数和映射参数。我们注意到源码中有索引为0x6200 的对象字典，可以将006200/01 作为接收的objcet。5. 定义一个变量（byte input8），与0x6200/01link 起来。6.1.3 用openconfigurator配置windows 主站和从站1. 使用这种方法配置网络，从站需要一个xdd 文件，该文件与从站的对象字典相匹配（即与从站的objdict.h定义的对象字典匹配），例子中从站使用的objdict.h文件在目录objdictsapi_cn下，而相应的xdd 文件在objdicts目录下，名称为0000003f_openpowerlink_demo_cn.xdd。2. 使用openconfigurator配置网络，比较简单，参考第五章第七节5-7 使用openconfigurator组建powerlink 网络。将生成的monbd.cdc和xap.h这两个文件拷贝到主站源代码的examplesx86windowsvc8demo_cfm_pcap目录下。3.用v打开主站examplesx86windowsvc8demo_cfm_pcap的工程，然后打开demo_main.c，在appcbsync(void)函数中，appprocessimagein_g变量的类型是xap.h中定义的数据结构pi_in 的类型，appprocessimageout_g变量的类型是xap.h中定义的数据结构pi_out 的类型.这两个变量自动被映射到主站相应的object 上，使用者可以直接使用，而无需link 操作。注意，这里appprocessimagein_g是指主站输出给从站的数据，而appprocessimageout_g是指主站接收的来自从站的数据。4. 从站程序的修改：将从站objdict.h文件中的所有映射参数的值都设为0，因为主站会来配置这些参数的值。只是从站的object 与用户自己定义的变量的link四、软件框图openpowerlink开源代码使用vs2008编译openconfigurator配置网络参数和映射参数windows运行exe五