Новая архитектура подчиненных устройств Ethernet POWERLINK на базе программируемых логических интегральных схем

Авторы

Романов А. М.

МИРЭА — Российский технологический университет, проспект Вернадского, 78, Москва, 119454, Россия

e-mail: romanov@mirea.ru

Аннотация

В работе решается проблема реализации подчиненных устройств Ethernet POWERLINK на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) с минимальным использованием логических ячеек и блоков памяти. Для этого предлагается новая модульная архитектура, ресурсоемкость которой может гибко настраиваться в зависимости от требуемого функционала. На базе предложенной архитектуры было создано первое в России устройство Ethernet POWERLINK, прошедшее сертификацию Ethernet POWERLINK Standartization Group на соответствие стандарту. По результатам экспериментальных исследований было продемонстрировано, что новая архитектура требует от 3.5 до 9 раз меньше логических ресурсов ПЛИС и до 126 раз меньший объём блочной памяти для реализации устройств Ethernet POWERLINK. Также важным результатом является возможность реализации разработанных решений на базе отечественных микросхем ПЛИС, в том числе в радиационно-стойком исполнении, что позволяет использовать их при создании авиационной и космической технике.

Ключевые слова:

полевая шина, программируемые логические интегральные схемы, Ethernet POWERLINK, стандарт 61158, отечественная элементная база

Библиографический список

1. Смакова Е. Индустриальный и синхронный протоколы Ethernet // Электронные компоненты. 2009. № 4. С. 1 - 4.

2. Romanov A., Romanov M., Kharchenko A., Kholopov V. Unified architecture of execution level hardware and software for discrete machinery manufacturing control systems // Research and Development (SCOReD), 2016 IEEE Student Conference on, IEEE, 2016. DOI: 10.1109/SCORED.2016.7810088

3. Baumgartner J., Schoenegger S. POWERLINK and real-time Linux: A perfect match for highest performance in real applications // Twelfth Real-Time Linux Workshop, 2010, available at: https://manualzilla.com/doc/5985800/powerlink-and-real-time-linux--a-perfect-match-for

4. Wallner W., Baumgartner J. openPOWERLINK in Linux Userspace: Implementation and Performance Evaluation of the Real-Time Ethernet Protocol Stack in Linux Userspace // Proc. 13th Real-Time Linux Workshop (RTLWS), Prague, Czech Republic, 2011, С. 155 - 164.

5. Andrén F., Strasser T. Distributed open source control with Industrial Ethernet I/O devices // 16th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA'2011), September 5-9, Toulouse, France ETFA2011. IEEE, DOI: 10.1109/ETFA.2011.6059141

6. Schalk K. et al. Microsecond-precision time stamping in a deterministic distributed sensor network utilizing openPOWERLINK // 2017 IEEE International Conference on Wireless for Space and Extreme Environments (WiSEE 2017), 10-12 October 2017, Montreal, Quebec, Canada, pp. 52 - 56.

7.  openPOWERLINK, available at: http://openpowerlink.sourceforge.net/web/openPOWERLINK.html

8. IEEE Standard for Industrial Hard Real-Time Communication. IEEE Std 61158-2017 (Adoption of EPSG DS 301).

9. Viveka J.S.V., Navaneethan S. Open source motor control using Xilinx Spartan-6 // International Journal of Advanced Research in Electronics and Communication Engineering (IJARECE), 2015, vol. 4, issue 5, pp. 1277 – 1280.

10. Idkhajine L. et al. Fully integrated FPGA-based controller for synchronous motor drive // IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, vol. 5, no. 10, pp. 4006 - 4017.

11. Liu J. et al. The development of a novel servo motor controller based on EtherCAT and FPGA // 2016 Chinese Control and Decision Conference (CCDC), IEEE, 2016, pp. 3174 - 3179. DOI: 10.1109/CCDC.2016.7531529

12. Попов Б.Н., Фам Т.Т. Логические автоматы управления электродвигателями на платформе программируемой логики // Труды МАИ. 2005. № 18. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34193

13. Knezic M., Dokic B., Ivanovic Z. Performance analysis of the ethernet powerlink pollresponse chaining mechanism // Factory Communication Systems (WFCS), 2015 IEEE World Conference on, IEEE, July 2015, pp. 1 - 4. DOI: 10.1109/WFCS.2015.7160578

14. Baumgartner J., Schoenegger S. POWERLINK and Real-time Linux: A perfect match for highest performance in real applications // Twelfth Real-Time Linux Workshop, Nairobi, Kenya, 2010, available at: https://www.osadl.org/fileadmin/dam/rtlws/12/Baumgartner.pdf

15. Reinhart G. et al. Automatic configuration (plug & produce) of industrial ethernet networks // 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications (INDUSCON), Brazil, 2010.

16. Романов А.М. Анализ и синтез элементов устройств управления мехатронно-модульными системами на базе ПЛИС с использованием сигма-дельта модуляции // Естественные и технические науки. 2013. № 6. C. 348 – 361.

17. Лохин В.М., Манько С.В., Романов М.П., Романов А.М. Универсальная бортовая система управления роботами различных типов базирования и назначения (реализация принципов унификации и импортозамещения) // Вестник МГТУ МИРЭА. 2015. № 3-1 (8). С. 230 – 248.

18. Romanov A., Romanow M. FPGA based implementation of content-addressed memory based on using direct sigma-delta bitstream processing // 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW), Saint Petersburg, Russia, 2016, pp. 320 - 324.

19. Муллов К.Д. Воздействие космической радиации на цифровые устройства на базе ПЛИС и методы повышения радиационной стойкости данных систем // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69720

20. Матафонов Д.Е. Создание и отработка маршрутизатора в стандарте SpaceWire на отечественной программируемой логической интегральной схеме // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=100780

Скачать статью