張贊秋 吳 超 江世琳 高 巖 李 俊

（大連光洋科技工程有限公司，遼寧大連 116600）

GLINK協(xié)議是光洋公司根據(jù)數(shù)控實際生產(chǎn)需要自主開發(fā)的一套串行實時高速的數(shù)據(jù)通信協(xié)議標準。由于該標準中所有的數(shù)據(jù)結(jié)構和鏈路標準都系光洋自主提出，且和其他的數(shù)控協(xié)議標準不完全兼容，因而市面上常見各種協(xié)議芯片都不能用來進行GLINK協(xié)議的解析。

市場上常見的SERCOS、ProfiBus等數(shù)控領域現(xiàn)場總線控制器都是通過專用的協(xié)議芯片來完成控制功能的。這些協(xié)議芯片和上位機之間通信和交換數(shù)據(jù)都是通過主板的板上總線實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交換的。但是這些芯片本身不帶有適合主板板上總線（通常是PCI總線）的總線控制部分，因而需要橋芯片來完成主板板上總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。這會給硬件系統(tǒng)設計帶來如下問題:（1）成本高;（2）硬件設計復雜;（3）調(diào)試復雜。

1 實現(xiàn)方案

使用的仿真器件為FPGA，采用VHDL語言編程，保證編寫代碼的可移植性。

采用自下而上的方法，按照功能劃分模塊，分別用VHDL編寫小的功能模塊。頂層的文件采用VHDL語言的map方式連接，這樣文件的可移植性好，而且便于后來者讀懂。

內(nèi)部模塊框圖如圖1所示。根據(jù)功能設計要求，該芯片內(nèi)部主要包含如下幾個模塊的設計:

1．1 主板總線協(xié)議控制

完成主板總線和芯片內(nèi)部其他部分的數(shù)據(jù)交換?？偩€有效時將總線數(shù)據(jù)解析存儲到外部高速數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供數(shù)控總線協(xié)議部分讀取;從高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取從設備反饋數(shù)據(jù)，通過主板總線傳送給上位機軟件。

1．2 數(shù)控總線協(xié)議控制

在插補周期內(nèi)，讀取高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)采用的數(shù)控協(xié)議，發(fā)送到從設備;讀取從設備數(shù)據(jù)，解析提取成主板總線能夠接受的形式存放到高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待主板總線讀取。

1．3 高速緩存區(qū)讀寫控制部分

完成對外部高速緩存區(qū)的讀寫控制。

1．4 機床參數(shù)讀寫控制部分

完成對機床數(shù)據(jù)存儲區(qū)的讀寫控制。

1．5 物理層控制部分

完成對所采用總線物理層芯片的控制。

1．6 電源監(jiān)控部分

完成該芯片所在板卡的板上電源部分的監(jiān)控。

1．7 數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控和使能部分

通過主板總線對上位機軟件的狀態(tài)完成判斷，并通過數(shù)控總線對從設備的狀態(tài)和反饋的外部信息進行綜合判斷，給出數(shù)控使能信號，用于機床強電，可靠性以及安全方面的控制。

由于主板總線的時鐘周期和數(shù)控協(xié)議控制部分的時鐘周期不能夠完全達到同步，同時數(shù)控協(xié)議的總線傳輸速率非常高，會形成大量的數(shù)據(jù)。因此需要在芯片外部提供一個大容量的RAM，保證數(shù)據(jù)交換的順暢，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問沖突和不同步。所以在芯片內(nèi)部做了外部總線接口用來交互數(shù)據(jù)。同時由于每臺機床的初始化時期，都會有針對不通的伺服驅(qū)動器和電動機的配置參數(shù)，通常這些參數(shù)應該是系統(tǒng)斷電之后不丟失的，機床重新上電之后通過PCI訪問這些數(shù)據(jù)，以確認自己本身目前的配置是否正常。因此在GDS06B芯片內(nèi)部還設計了一個訪問外部帶電池的SRAM的總線控制接口。

2 工作流程

數(shù)控軟件通過PCI總線接口訪問GDS06B芯片，PCI總線控制器分析這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成GLINK模塊能夠接受的數(shù)據(jù)存儲到共享RAM區(qū)，GLINK控制器在插補始終周期之內(nèi)將該數(shù)據(jù)讀走，并完成GLINK協(xié)議解析，把數(shù)據(jù)發(fā)送到GLINK從設備，以進行相應的控制;從設備的數(shù)據(jù)在固定的插補周期返回到GLINK控制器，GLINK控制器接收這些數(shù)據(jù)并把它們放進共享RAM區(qū)間，下一個PCI始終周期PCI總線控制器讀取這些數(shù)據(jù)，并把它們返回給CNC軟件，完成一個控制循環(huán)。

3GLINK的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的技術方案相比，采用PCI－GLINK技術方案具有以下優(yōu)勢:

（1）單片集成。芯片中集成了主板總線控制器和數(shù)控總線協(xié)議解析以及物理層控制等主要部分。

（2）功耗低。所采用FPGA為低功耗產(chǎn)品，同時由于提高集成度，板上芯片減少，功耗自然降低。

（3）有效的簡化電路設計。單芯片電路設計簡單。

（4）降低調(diào)試復雜度。單芯片電路調(diào)試簡單。

（5）降低成本。

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