EtherKit快速上手PROFINET

簡(jiǎn)介

PROFINET是由PI（PROFIBUS和PROFINET International）組織開(kāi)發(fā)和推廣的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

P-Net協(xié)議是一個(gè)開(kāi)源的PROFINET實(shí)現(xiàn)，專門(mén)用于嵌入式設(shè)備的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信。它是一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目（p-net），目標(biāo)是提供一個(gè)輕量級(jí)的PROFINET協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)，使得開(kāi)發(fā)者能夠在嵌入式平臺(tái)上快速集成PROFINET功能。

在本示例中將使用P-Net軟件包來(lái)實(shí)現(xiàn)PROFINET主從站通信。

前期準(zhǔn)備

軟件環(huán)境：

CODESYS（profinet主站模擬）

CODESYS

CODESYS Gateway（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）

CODESYS Control Win SysTray（軟PLC設(shè)備）

Npcap（該軟件是運(yùn)行CODESYS必須的，需要提前安裝好！）

硬件環(huán)境：

FSP配置

打開(kāi)工程配置文件configuration.xml，新增r_gamc Stack：

點(diǎn)擊g_ether0 Ethernet，配置中斷回調(diào)函數(shù)為user_ether0_callback：

下面配置phy信息，選擇g_ether_phy0，Common配置為User Own Target；修改PHY LSI地址為1（根據(jù)原理圖查詢具體地址）；設(shè)置phy初始化回調(diào)函數(shù)為ether_phy_targets_initialize_rtl8211_rgmii()；同時(shí)設(shè)置MDIO為GMAC。

配置g_ether_selector0，選擇以太網(wǎng)模式為交換機(jī)模式，PHY link設(shè)置為默認(rèn)active-low，PHY接口模式設(shè)置為RGMII。

網(wǎng)卡引腳參數(shù)配置，選擇操作模式為RGMII：

ETHER_GMAC配置：

RT-Thread Settings 配置

雙擊打開(kāi) RT-Thread Settings，在搜索欄檢索p-net軟件包并使能，下面是相關(guān)用戶配置信息說(shuō)明；

Default netif name for p-net：p-net 網(wǎng)卡設(shè)備接口名稱，默認(rèn)為 e00 ；

Enable pnet sample board config：p-net app 用戶LED及按鍵配置；

Default root filesystem path for p-net：p-net 文件系統(tǒng)配置，默認(rèn)使用 ramfs ，默認(rèn)分配 8K 內(nèi)存空間；

P-NET sample slave network ip config：p-net 從站設(shè)備靜態(tài)IP配置（請(qǐng)關(guān)閉 RT_LWIP_DHCP 功能，使用靜態(tài)IP）

下面我們還需要配置禁用dhcp功能并使用靜態(tài)IP，點(diǎn)擊組件->使能lwip堆棧，選擇禁用DHCP；

完成上述配置后，將程序編譯下載至開(kāi)發(fā)板。

網(wǎng)絡(luò)配置

我們使用一根網(wǎng)線連接開(kāi)發(fā)板與PC，同時(shí)在PC端配置靜態(tài)IP：

檢查開(kāi)發(fā)板端的 IP 信息，并測(cè)試聯(lián)通性：

軟PLC啟動(dòng)

CODESYS簡(jiǎn)介：CODESYS是德國(guó)3S公司開(kāi)發(fā)的PLC軟件，集成了PLC邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、組態(tài)顯示等功能。CODESYS，全稱為“Controller Development System”，是一種基于 IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)自動(dòng)化編程工具。它不僅支持多種編程語(yǔ)言（如梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本、功能塊圖等），還提供了豐富的庫(kù)和功能模塊，幫助工程師快速開(kāi)發(fā)和調(diào)試 PLC（可編程邏輯控制器）和工業(yè)控制系統(tǒng)。CODESYS 的靈活性和強(qiáng)大功能使其成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

CODESYS創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)工程

請(qǐng)確保已安裝CODESYS軟件，安裝之后下面這三個(gè)是我們需要用到的軟件：

CODESYS V3.5 SP20 Patch 3：Profinet 主站模擬

CODESYS Gateway V3：網(wǎng)關(guān)設(shè)備

CODESYS Control Win V3 -x64 SysTray：軟PLC設(shè)備

首先打開(kāi) CODESYS V3.5 SP20 Patch 3，依次選擇 -> 新建工程 -> Projects -> Standard project ，配置工程名稱及位置后點(diǎn)擊確定：

彈出下面這個(gè)彈窗后保持默認(rèn)配置(CODESYS Control Win V3 (CODESYS) / x64 (CODESYS))點(diǎn)擊確定：

注意：如果您購(gòu)買(mǎi)了CODESYS Control RTE SL（http://store.codesys.cn/codesys/store/detail.html?productId=58），可選擇設(shè)備：CODESYS Control RTE V3 (CODESYS) / x64 (CODESYS)，正常評(píng)估用途可選擇不安裝此擴(kuò)展包，選擇 CODESYS Control Win V3 (CODESYS) / x64 (CODESYS) 設(shè)備創(chuàng)建即可。

創(chuàng)建成功后就可以看到主界面了：

Gateway 及 軟PLC 啟動(dòng)

依次打開(kāi)下面兩個(gè)軟件：

CODESYS Gateway V3（右鍵 Start Gateway）

CODESYS Control Win V3 -x64 SysTray（右鍵 Start PLC）

回到 CODESYS 主站軟件，雙擊 Device(CODESYS Control Win V3 x64) -> 通信設(shè)置 -> 掃描網(wǎng)絡(luò)：

彈出設(shè)備用戶登錄窗口后，配置用戶名和密碼（用戶自定義）：

檢查網(wǎng)關(guān)設(shè)備及軟PLC設(shè)備是否在線：

profinet GSDML文件添加

GSD(Generic Station Description file)：即通用站點(diǎn)描述文件，主要用于PROFIBUS DP（GSD文件）和PROFINET IO（GSDML文件）通信，作為描述文件，是PLC系統(tǒng)中CPU模塊和IO模塊之間的橋梁，通常包括通道數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)以及用戶自定義數(shù)據(jù)。

本項(xiàng)目的 GSDML文件位于如下路徑：

..\src\ports\rtthread\pn_dev

選擇設(shè)備存儲(chǔ)庫(kù)安裝描述文件，選擇上述路徑下的 GSDML-V2.4-RT-Labs-P-Net-Sample-App-20220324.xml 文件。

安裝成功后可以看到 p-net 從站描述文件：

設(shè)備添加

Ethernet添加：左側(cè)導(dǎo)航欄點(diǎn)擊Device并右鍵添加設(shè)備，選擇以太網(wǎng)適配器；

圖20-13 Ethernet添加

PROFINET IO主站添加：右鍵左側(cè)導(dǎo)航欄中的Ethernet，選擇PN-Controller

PROFINET IO從站添加：右鍵左側(cè)導(dǎo)航欄中的 PN-Controller，選擇 P-Net-multiple-module sample app

任務(wù)響應(yīng)

Main Tasks 配置：左側(cè)導(dǎo)航欄選擇 Application -> 任務(wù)配置 -> 雙擊MainTask(IEC-Tasks)，優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1，類型選擇循環(huán)，周期選擇 4ms；

Profinet_CommunicationTask 配置：雙擊 Profinet_CommunicationTask(IEC-Tasks)，優(yōu)先級(jí)設(shè)置為14，類型選擇循環(huán)，周期設(shè)置為 10ms。

網(wǎng)絡(luò)配置

Ethernet 配置：雙擊左側(cè)導(dǎo)航欄中的Ethernet(Ethernet) -> 通用，修改網(wǎng)絡(luò)接口為連接到開(kāi)發(fā)板的以太網(wǎng)端口；

PN_Controller 配置：雙擊左側(cè)導(dǎo)航欄 PN_Controller(PN-Controller) -> 通用，并正確修改默認(rèn)從站IP參數(shù)的區(qū)間，根據(jù)提示修改即可。

P-Net 從站網(wǎng)絡(luò)配置：雙擊左側(cè)導(dǎo)航欄 P-Net-multiple-module sample app -> 通用， 修改IP參數(shù)為開(kāi)發(fā)板IP

工程編譯并啟動(dòng)調(diào)試

step1：工程上方導(dǎo)航欄選擇 編譯-> 生成代碼

step2：選擇 在線 -> 登錄

step3：點(diǎn)擊 調(diào)試 -> 啟動(dòng)

此時(shí)就可以看到 PN 主站已經(jīng)上線成功

profinet 從站應(yīng)用啟動(dòng)

開(kāi)發(fā)板端上電后，一旦檢測(cè)到網(wǎng)卡 link up，則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng) PN 從站：

PN協(xié)議棧運(yùn)行demo

這里我們使用 CODESYS軟件來(lái)測(cè)試 PN 的主從站交互。

LED閃爍

回到 CODESYS 軟件，左側(cè)導(dǎo)航欄選擇 PN_Controller，右鍵點(diǎn)擊掃描設(shè)備，單擊設(shè)備名后點(diǎn)擊閃爍LED：

此時(shí)的開(kāi)發(fā)板端（PN從站IO）可以看到日志輸出，并伴隨板載User LED閃爍：

從站 I&M(標(biāo)識(shí)和維護(hù)) 數(shù)據(jù)修改

依然是掃描設(shè)備界面，我們點(diǎn)擊左下角的 I&M，修改信息并寫(xiě)入 I&M：

同時(shí) PNIO 會(huì)更新從站配置信息：

我們?cè)俅吸c(diǎn)擊查看 I&M，即可發(fā)現(xiàn) I&M 修改成功！

PLC編程及PNIO控制

首先我們點(diǎn)擊左側(cè)面板的Device->PLC邏輯->Application->PLC_PRG(PRG)，使用ST語(yǔ)言編程，編寫(xiě)變量及程序代碼：

變量定義：這些變量定義了按鈕的輸入狀態(tài)（in_pin_button_LED），LED 的輸出狀態(tài)（out_pin_LED）以及控制 LED 是否閃爍的狀態(tài)變量（flashing）。振蕩器狀態(tài)（oscillator_state）和振蕩器周期計(jì)數(shù)器（oscillator_cycles）用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)閃爍效果。

程序定義：

首先在每次循環(huán)中，oscillator_cycles 增加 1。當(dāng)計(jì)數(shù)器超過(guò) 200 時(shí)，重置計(jì)數(shù)器并切換 oscillator_state 的狀態(tài)（TRUE 或 FALSE），實(shí)現(xiàn)周期性變化；

如果按鈕被按下（in_pin_button_LED 為 TRUE），并且在上一周期按鈕狀態(tài)是 FALSE，則切換 flashing 狀態(tài)。即每次按鈕按下時(shí)，切換 LED 是否閃爍的狀態(tài)。

如果 flashing 為 TRUE，則 LED 會(huì)根據(jù)振蕩器狀態(tài) (oscillator_state) 閃爍；如果 flashing 為 FALSE，LED 直接關(guān)閉。

在每次循環(huán)結(jié)束時(shí)，將當(dāng)前按鈕的狀態(tài)保存在 in_pin_button_LED_previous 中，以便在下次判斷按鈕按下的事件。

工程中的配置位置如下圖所示：

接下來(lái)我們還需要添加一個(gè)內(nèi)置的IO模塊，右鍵點(diǎn)擊P_Net_multi_module_sample_app然后添加一個(gè)IO模塊（DIO 8xLogicLevel），如下圖所示：

接下來(lái)雙擊DIO_8xLogicLevel節(jié)點(diǎn)，選擇PNIO Module I/O映射，編輯Input Bit 7和Output Bit 7并綁定PLC變量：

接著我們點(diǎn)擊上方導(dǎo)航欄的編譯->生成代碼，然后選擇在線->登錄，運(yùn)行查看現(xiàn)象；

接下來(lái)回到CODESYS，再次雙擊Device->PLC邏輯->Application下的PLC_PRG(PRG)，此時(shí)便可動(dòng)態(tài)觀察程序運(yùn)行狀態(tài)，例如我們按住etherkit開(kāi)發(fā)板上的KEY0，可以發(fā)現(xiàn)in_pin_button_LED及in_pin_button_LED_previous 這兩個(gè)變量值為FALSE，此時(shí)再松開(kāi)KEY0，可以發(fā)現(xiàn)flashing值反轉(zhuǎn)一次。