[01281030]基于FPGA的PROFIBUS-DP高速通信控制器IP核的设计

基于FPGA的PROFIBUS-DP高速通信控制器IP核的设计是河南省科技厅下达的2007年科技攻关计划项目，项目编号为072300410470。

由河南教育学院承担，北京航空航天大学合作，并于2009年10月完成。

一、简要技术说明：

本项目是基于FPGA的Profibus-DP高速通信控制器IP核的设计，通过DP从站的用户接口状态机实现Profibus-DP高速从站功能，摆脱对Profibus-DP专用集成电路（ASIC）的限制。

根据模块化的设计原则和自顶向下的设计方法，本设计中首先从从站模型顶层着手进行了功能划分和结构设计，确定出电路的总体框架，然后设计各个模块，并对重要的底层模块进行功能仿真和验证。

各模块设计完成后，通过顶层文件将功能验证正确的模块集成为一个整体。

由此，从站分为如下几个模块：（1）物理层接口单元；（2）FDL协议处理单元；（3）DP用户接口单元；（4）FMA1/2单元；（5）时钟发生器模块和看门狗模块。

依照上述模块设计的Profibus-DP从站，能够实现Profibus-DP网络的接入，完成初始化、网络参数化、组态、数据交换、诊断报警及故障上传等一系列从站功能。

二、主要技术性能指标：

本设计中，从站节点的主要技术指标有：

1、可对PROFIBUS-DP通信协议进行解析，实现正常的通信功能；

2、最大数据传输速率12Mbps，支持协议规定的全部通信波特率；

3、实现波特率的自搜索功能；

4、收发缓冲区达255字节，支持协议规定的最大长度的数据帧；

5、可与DP主站1字节输入和1字节输出的数据交换；

6、支持DP从站的外部诊断功能。

随着信息技术的飞速发展，其应用范围从计算机、通信等领域向其它领域急速扩展，作为制造业重要支柱的工业控制系统，也在信息技术的推动下发生了根本性的变革。其中，作为计算机网络技术在工业控制领域的延伸，现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，并与之结合形成了企业信息网络的底层，从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础。由于现场总线的技术优越性，及其在工业自动化控制领域创造的巨大效益，对各种现场总线及其应用技术的研究一直就是工业自动化领域的重点。

PROFIBUS作为一种国际性开放式的、不依赖于生产商的成熟的现场总线技术，以其实时性、稳定性和可靠性的特点，已经广泛应用于制造业自动化、过程自动化和楼宇自动化等领域，成为当前现场总线领域的研究热点之一。

PROFIBUS-DP用于现场层的快速数据转换，中央可编程控制器（如：PLC、PC或过程控制系统）通过快速串行连接与分散的现场设备（如：I/O、驱动器、阀门或变送器）进行通信。

PROFIBUS在07年4月突破2000万节点大关，据PI（世界性的现场总线PROFIBUS用户组织）称现在已经超过2500万个节点，并希望在2012年突破5000万个节点，年销售芯片450万个。