基于FPGA的PROFIBUS-DP从站实现

宋连庆，梁鹏飞，王纪臣

（西安工程大学 陕西 西安　710048）

基于FPGA的PROFIBUS-DP从站实现

宋连庆，梁鹏飞，王纪臣

（西安工程大学 陕西 西安710048）

以FPGA为主控芯片，采用Verilog硬件描述语言实现协议内容，从而代替SPC3协议芯片，实现从站各个通信模块控制器的逻辑功能，构成一个完整的PROFIBUS-DP从站，并且给出了物理层（PHY）的详细设计过程。该技术的使用将不再受外国供货商的限制，并且降低PROFIBUS-DP总线系统的成本，具有一定的实际应用价值。

PROFIBUS-DP；FPGA；从站；物理层

PROFIBUS是面向工厂自动化、流程自动化的一种国际性现场总线标准。在2000年成为IEC61158中的现场总线国际标准之一，于2001年正式成为我国机械行业工业控制系统的现场总线国家标准。由于PROFIBUS协议比较复杂，而国内的专用芯片基本上都是由国外厂商提供，致使我国自动化行业难以掌握该科技核心技术［1］。目前实现PROFIBUS-DP从站的方法有基本有3种，分别为使用单片机、使用专用的ASIC通信芯片和使用接口模板实现3种，但主流设计方案还是依靠专用的ASIC专用通信芯片。与此同时，由于电子行业的飞速发展，各种微处理器的广泛使用，使得现场可编程门阵列（FPGA）得到有力的发展，其TOP_DOWN的设计理念，可以将系统功能逐层分割，通过各个模块的实现设计思想，最终组合成一个完整的系统，成功避开对具体器件结构的考虑，这也是本此设计用FPGA的重要原因之一［2-4］。

图1　PROFIBUS-DP协议结构Fig.1　Agreement structure of PROFIBUS-DP

1　PROFIBUS-DP协议分析

PROFIBUS的协议参考了ISO/OSI模型，并对其进行了简化。PROFIBUS-DP只采用第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和用户接口层，第3到7层未使用，这种精简的结构确保了高速数据传输。……