环形数控网络的实时通信协议设计

　　1. 引言

　　自从上世纪50年代CNC技术出现以来，机器控制技术领域发生了重大的变革，数控技术获得了飞速的发展。驱动器的最新发展已经集中到数字技术，新型数字伺服驱动器的性能已经达到了模拟装置的水平，采用数字伺服装置，使所有指令值和实际值能在一个微处理器内完成处理，不但能实现传统的扭矩环和速度环控 制，而且能在极短的时间内完成精差补，实现位置环控制。在现代新型的数控系统中，必须为CNC控制器和驱动器之间配备合适的数字接口，这种数字接口设计的 关键在于提供一种高效的通信协议，以实现控制网络中各设备间高实时性，高可靠性的数据交换。本文就这个问题集中讨论了一种用于光纤环形网络上各设备之间数据交换的通信协议，并给出了其设计和实现的方法。

　　2.光纤环形网络数控系统的典型结构

　　一个典型的光纤环形网络数控系统的拓扑结构如图1所示，主站处理器通过光纤通道将服务数据和控制信号发往从站，从站亦可将反馈数据发往主站。每个站 点都是该环形网络上的一个节点，数据在环路上按照图示的流向单向传输。为避免环路上的数据冲突，各站点分时地占有数据发送权。本文要讨论的通信协议关键就是为了解决图示中各节点之间如何周期性的进行数据交换，以及如何保证数据交换的正确性，避免环路数据冲突等问题。

　　图1：光纤环形网络数控系统的拓扑结构图

　　3.周期性通信协议的工作流程及实现方式

　　协议采用时间槽的控制方式,能够准确计算各节点拥有数据发送权的时间,保证实时性,同时实现起来结构相对简单,并参照OSI分 层思想,分为物理层,数据链路层,网络控制层和ISA接口层。主从站之间的数据交换通过握手应答机制以及CRC校验来保证数据的正确性。协议典型的工作方 式流程如下：

　　(1)、开始时，系统上电，主站和从站的协议芯片(FPGA)均初始化。

　　(2)、初始化后，主站等待处理器的相关指令，当收到数据传输指令后，主站首先测试整个链路，给整个环路发检测信号十次，若它自己都能正确收到，则表明环路是通的;若不能，则主站产生错误中断，并返回等待处理器指令。

　　(3)、当环路测试连通时，主站向环路广播同步信号，环路同步信号很短，各个从站几乎能同时收到同步信号。同步信号在环路上传输一周，最终若主站能够收到自己发出的同步信号，表示环路同步成功，进入下一通信阶段;若主站不能收到自身发出的同步信号，表示同步失败，连续十次同步失败，则主站会向处理器 产生相应的出错中断，并返回等待处理器的指令。