基于Windows的Powerlink主从站通信

一、设计任务（要求）

二、总体方案

三、硬件原理图

四、软件框图

五、设计总结

六、参考文献

一、设计任务（要求）

1、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

2、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

2．在Windows系统下安装Visual Studio 2008，编译openPowerlink开源代码 3. 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

4. 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 5. 通过wireshark进行功能演示。

二、Powerlink工作原理

现场总线由来已久，几种出现较早、应用较多的现场总线，如 CAN、deviceNet、

modBus、RS485 等，这些总线速度慢、每次传输的数据包小。随着工业自动化由低速向高

速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展，对现场总线的传输速度和数据

量都提出了新的要求。于是就有很多厂家提出了基于以太网技术来实现现场总线，由此诞生

了 POWERLINK、EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetRT、EtherCat、MECHATROLINK 等

这些工业实时以太网的技术。

目前高速实时现场总线种类繁多，很多厂家都在推广自己的总线协议，这些协议从性能

上可分为两类：高实时总线和低实时总线。

高实时性的总线：POWERLINK，EtherCat，MECHATROLINK。POWERLINK 实际的

实时性能最高为 100us 的循环周期，EtherCat 实际的实时性能最高为 250us 的循环周期（这

里指的是实际实时性能，而不是理论值，因为 EtherCat 的宣传资料中的性能为理论值）。

在这三种总线中 EtherCat 和 MECHATROLINK 需要用专用的 ASIC 才能实现，之所以

采用 ASIC 芯片来实现是为了能够控制市场，使他们处于有利地位。众所周知，工业自动化

行业的厂家在 2009、2010 年取得了大丰收，很多公司的业绩翻了一倍。他们不缺客户、不

愁订单，但是发愁芯片，由于很多芯片采购不到，而不得不丢掉很多客户。提供 ASIC 解决

方案的公司，目的就是通过 ASIC 来控制市场、控制竞争对手。

EtherCat 和 MECHATROLINK 只解决了数据链路层和物理层，而没有实现应用层。用

户买了 ASIC 芯片，还不得不自己来实现应用层（如 CANopen），这需要花费用户很长时间。

此外不同用户实现的应用层往往不同，这就造成同样都是基于 EtherCat 的设备，却相互不 能通信。

POWERLINK 是一个可以在普通以太网上实现的方案，无需 ASIC 芯片，用户可以在各

种平台上实现 POWERLINK，如 FPGA、ARM、x86CPU 等，只要有以太网的地方，就可以

实现 POWERLINK。

POWERLINK 公开了所有的源码，任何人都可以免费下载和使用（就像 Linux）。

POWERLINK 的源码里包含了物理层（标准以太网）、数据链路层（DLL）、应用层（CANopen）

三层完整的代码，用户只需将 POWERLINK 的程序在已有的硬件平台上编译运行，就可以 在几分钟内实现 POWERLINK。

POWERLINK 是一个易于实现的、高性能的、不被任何人垄断的、真正的互连互通的

平台。

低实时性的总线：EtherNet/IP，ModBusTCP，ProfinetRT。

这三种总线可以用普通的以太网实现，但是他们基本上是对 TCP/IP 协议的修改或补充， 没有从根本上解决实时的需求。

而 POWERLINK 完全丢掉了 TCP/IP，定义了一个精简的、实时性极高的数据链路层协

议，同时定义了 CANopen 为应用层协议。这样用户在实现了 POWERLINK 的同时，也实现

了 CANopen。

在纷繁的总线协议中，POWERLINK 将是实时以太网的未来，原因如下：

1. 2.

POWERLINK 是一项开源技术，开放性好，无需授权，无需购买。

POWERLINK 基于标准的以太网，无需专用的 ASIC 芯片，有以太网的地方，就可 以实现 POWERLINK，硬件平台多种多样（ARM，FPGA，DSP，X86 等），不依

3.

赖于某一个公司。

POWERLINK 速度快，支持 10M/100M/1000M 的以太网。以太网技术进步， POWERLINK 的技术就会跟着进步，因为 POWERLINK 是基于标准以太网的。

4.

POWERLINK 性能卓越，使用价格低廉的 FPGA（几美元）来实现 POWERLINK， 性能也能达到 100-200us 的循环周期。

5.

POWERLINK 支持标准的网络设备，如交换机、HUB 等。支持所有以太网的拓扑 结构，使得布线更自由、更灵活。

2.1 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：

IEC61158-300 IEC61158-400 IEC61158-500 IEC61158-600 设备描述： ISO15745-1

2.2 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，它是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。

2.3 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

2.

也可以运行 POWERLINK。

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

3.

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。

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