智多晶工业以太网从站控制器DEMO介绍

1、 工业以太网概述

工业以太网是基于传统以太网通信技术，针对工业自动化场景需求进行优化和扩展的专用网络通信体系。它通过增强实时性、可靠性、抗干扰能力及环境适应性，满足工业控制系统中设备互联、数据采集、实时控制等关键需求。工业以太网技术被广泛应用于智能制造产线控制、过程自动化系统、轨道交通信号传输、智能电网远程监控等对网络性能有严苛要求的领域。

2、 工业以太网从站控制器DEMO介绍

01工业以太网从站控制器DEMO架构

智多晶工业以太网从站控制器DEMO是基于智多晶SA5Z-50-D0-7F484C FPGA开发，SA5Z-50-D0-7F484C FPGA不仅有丰富的逻辑资源而且内嵌了MCU硬核。整个DEMO采用工业以太网从站控制器IP +内置MCU 方案，工业以太网从站控制器IP是基于工业以太网总线协议标准实现，主要用于处理工业以太网数据帧，为从站设备提供数据接口；MCU是应用层控制器，通过 SPI 接口与工业以太网从站控制器IP进行数据交换，并实现工业以太网主站设备对从站设备数字量输入、输出的应用。图2-1是工业以太网从站控制器DEMO的整体架构。

图2-1工业以太网从站控制器DEMO架构图

02工业以太网从站控制器DEMO实现功能

数字量输出

工业以太网主站控制从站IO的输出状态，当主站需要控制从站IO时，主站会下发指令通过百兆MII接口发送至从站控制器IP，从站控制器IP首先解析主站发送过来的报文，提取出命令及控制信息，然后存入到从站控制器的用户空间，MCU通过SPI接口访问从站控制器用户空间并读取指令，协议栈将获取的指令进行解析并执行相应的操作，从而控制从站LED灯的点亮与熄灭。

数字量输入

工业以太网主站读取从站IO的状态，当主站需要读取从站IO状态时（利用从站DEMO板上的按键模拟IO状态变化），会将读指令插入到数据报文中，从站控制器IP解析到读指令后会产生中断信号，MCU接收到中断信号后会执行相应的中断服务函数，获取从站IO状态信息，并通过SPI接口上传至从站控制器的用户空间。当主站数据帧经过从站时，从站控制器IP会将IO的状态信息再写入数据帧中，主站接收到返回的报文后，会在主站显示从站的IO状态信息。

03DEMO硬件环境

工业以太网从站控制器DEMO使用运行在PC机上的倍福（Beckhoff）公司开发的Twincat软件（Twincat软件为试用版）作为主站，主站通过网线连接两个从站设备。从站设备1是基于某厂商的工业以太网从站控制器芯片与意法半导体公司的STM32F405RGT6芯片实现的数字IO输入、输出模块；从站设备2是基于智多晶IST071_SA5Z_50_D0_7F484C_EVB_V3开发板实现的数字IO输入、输出模块。工业以太网从站控制器DEMO硬件连接如图2-2所示，首先将主站通过PC机的网口连接至从站1的网口1，然后将从站1的网口2连接至从站2的网口。

图2-2 工业以太网从站控制器DEMO硬件环境

3、结语

工业以太网广泛应用于工业自动化领域，智多晶工业以太网从站DEMO采用的是工业以太网从站控制器IP +内置MCU 方案，工业以太网从站控制器IP基于工业以太网总线实现，与传统工业以太网从站方案使用的从站控制器芯片+MCU芯片相比，不仅可以节省板卡空间和布局布线难度，提高数据传输的稳定性，而且还可以降低用户的成本。