肖维荣，德国卡塞尔大学电气工程系工学博士，山东大学控制科学与工程学院兼职教授/博士生导师，上海交通大学安泰管理学院EMBA。研究领域：现场总线与控制技术，电机的设计与计算，用数值场分析方法设计电磁能量转换系统，磁浮轴承的设计与应用，电机与驱动系统的动态仿真，PLC, IPC, 变频器、伺服系统等工业自动化技术，模糊逻辑以及非线性调节技术，在国际国内各学术期刊发表35篇以上论文，并且是《可编程计算机控制器》、《装备自动化工程设计与实践》两本图书的主要作者。自1996年起担任贝加莱（中国）总经理以来，积极推动前沿控制技术在大学的实践，共为中国本土大学资助26个合作实验室，并且推动实时以太网POWERLINK技术的开源以及在中国的应用推广。

　　实时以太网技术是现场总线技术的最前沿发展，已广为应用，POWERLINK是最早被应用的实时以太网技术，并且不断发展升级，它对于智能制造与机器控制而言，在确保加工的精度、速度以及生产灵活性方面至关重要，其冗余设计、大数据传输能力更可被过程自动化、工厂自动化应用，基于POWERLINK的安全技术也是满足工业4.0对于系统安全协同需求的关键技术。

　　《开源实时以太网POWERLINK详解》是第一本完全基于实时以太网技术的图书，由具有丰富应用经验的工程技术专家编写，并结合实际开发与应用，对于工业自动化、嵌入式系统开发、运动控制、机器人等领域的技术开发人员具有全面而系统的支持和帮助作用，其内容涵盖：

　　现场总线技术及其发展

　　POWERLINK技术基础

　　基于FPGA的POWERLINK主站与从站实现

　　POWERLINK测试与配置

　　POWERLINK应用

前　言
第1章　总线概述 1
1.1　现场总线 2
1.1.1　现场总线技术的发展 2
1.1.2　现场总线产生的需求 2
1.2　以太网技术 3
1.3　实时以太网技术 5
1.3.1　实时以太网与现场总线的比较 5
1.3.2　主要实时以太网技术的比较 5
1.3.3　不同工业应用对于网络的需求 6
1.3.4　选择实时以太网的标准 7
1.4　现有实时以太网的标准 7
1.4.1　几种典型总线的原理 8
1.4.2　POWERLINK和EtherCAT的比较 11
第2章　POWERLINK的原理 17
2.1　IEC国际标准POWERLINK 18
2.2　OSI模型 18
2.3　POWERLINK的物理层 19
2.4　POWERLINK的数据链路层 20
2.4.1　POWERLINK概述 20
2.4.2　POWERLINK管理节点 20
2.4.3　POWERLINK受控节点 21
2.4.4　POWERLINK服务 21
2.4.5　POWERLINK周期 21
2.4.6　POWERLINK短周期 28
2.5　POWERLINK的同步机制 30
2.6　POWERLINK数据帧的结构 34
2.6.1　SoC数据帧结构 34
2.6.2　Preq数据帧结构 34
2.6.3　Pres数据帧结构 35
2.6.4　SoA数据帧结构 37
2.6.5　ASnd数据帧结构 38
2.7　DLL状态机 38
2.7.1　从站DLL状态机 38
2.7.2　MN周期状态机 42
2.8　主站网络管理（NMT）状态机 48
2.8.1　通用初始化NMT状态机 49
2.8.2　主站MN NMT状态机 51
2.8.3　从站CN NMT状态机 56
2.9　CANopen简介 63
第3章　POWERLINK的功能和特点 65
3.1　应用案例 66
3.2　一“网”到底 66
3.2.1　多路复用 66
3.2.2　大数据量通信 67
3.2.3　故障诊断 67
3.2.4　网络配置 67
3.2.5　实现方案 68
3.2.6　开发难度 68
3.3　性能参数 68
3.4　网络拓扑 69
3.4.1　网络拓扑概述 69
3.4.2　节点的寻址 70
3.5　热插拔 70
3.6　冗余 70
3.6.1　双网冗余 70
3.6.2　环形冗余 74
3.6.3　多主冗余 81
3.6.4　冗余系统的典型拓扑结构 90
3.7　交叉通信 90
3.8　实时域与非实时域 91
3.9　基于POWERLINK的功能安全 92
3.9.1　适用于所有现场总线 92
3.9.2　openSAFETY原理 93
第4章　POWERLINK的实现方案 96
4.1　C语言实现方案 97
4.1.1　硬件平台 97
4.1.2　软件平台 97
4.1.3　物理层 98
4.1.4　软件介绍 98
4.1.5　软件架构 98
4.1.6　软件模块 98
4.1.7　基于Windows的方案 102
4.1.8　基于Linux的方案 102
4.1.9　基于VxWorks的方案 103
4.1.10　基于FPGA的方案 103
4.1.11　运行openPOWERLINK 104
4.2　HDL语言实现方案 112
4.2.1　方案优势 112
4.2.2　方案架构 112
4.2.3　FPGA资源 115
4.2.4　支持的平台 115
4.2.5　与上位机的接口 115
4.2.6　异步并行总线 116
4.2.7　POWERLINK IP的寄存器介绍 116
4.2.8　Verilog HDL最小应用层 118
第5章　POWERLINK应用层 130
5.1　CANopen应用层 131
5.2　对象字典 131
5.3　XDD文件 136
5.3.1　设备描述 138
5.3.2　网络通信描述 139
5.4　异步通信模型 143
5.4.1　SDO读 143
5.4.2　SDO写 144
5.4.3　SDO命令接收方的处理过程 146
5.5　同步通信模型 147
5.5.1　从站发送的通信参数配置（0x18XX） 148
5.5.2　从站发送的映射参数配置（0x1A00） 149
5.5.3　从站接收的通信参数配置（0x14XX） 150
5.5.4　从站接收的映射参数配置（0x1600） 150
5.5.5　主站发送参数的配置过程 152
5.6　应用编程接口 153
5.7　自定义应用层 153
5.7.1　对象字典 153
5.7.2　自定义异步协议 153
5.7.3　自定义同步协议 154
第6章　POWERLINK的网络组态 155
6.1　openCONFIGURATOR简介 156
6.2　openCONFIGURATOR的使用 159
6.2.1　创建新的openCONFIGURATOR工程 159
6.2.2　openCONFIGURATOR配置Preq-Pres模式通信 167
6.2.3　openCONFIGURATOR配置PRC模式通信 170
6.2.4　openCONFIGURATOR配置交叉通信 171
6.3　Mnobd文件解析 175
第7章　POWERLINK通信诊断 178
7.1　诊断工具简介 179
7.2　Wireshark使用方法 179
7.2.1　下载及安装 179
7.2.2　网络连接 179
7.2.3　运行Wireshark 179
7.2.4　Wireshark数据分析 181
7.2.5　对各个从节点状态的诊断 182
7.2.6　Wireshark过滤功能 185
7.2.7　配置过程中对错误的诊断 186
7.3　Omnipeek简介 187
7.3.1　Omnipeek安装 188
7.3.2　EthernetAnalyzer安装 188
7.3.3　PC网卡的配置 188
7.3.4　X20_ET8819的设置 189
7.3.5　启动Omnipeek 190
7.3.6　对X20_ET8819的配置 190
7.3.7　关闭防火墙 190
7.3.8　线缆连接 191
7.3.9　开始分析 192
7.3.10　X20_ET8819的高级设置 192
7.4　错误处理机制 193
7.4.1　POWERLINK可能出现的错误 193
7.4.2　各种错误对应的对象字典中的对象 194
7.4.3　源码中经常出现的错误 195
第8章　POWERLINK的应用 197
8.1　基于POWERLINK的伺服驱动器设计 198
8.1.1　硬件平台 198
8.1.2　软件设计 198
8.1.3　DS402 198
8.1.4　伺服中关于通信的设计 199
8.1.5　一拖多伺服的设计 200
8.1.6　伺服设计实例 200
8.2　基于POWERLINK的DCS系统设计 207
8.2.1　大数据量传输 207
8.2.2　多主站冗余 208
8.2.3　监控功能 208
8.2.4　通信功能 208
8.2.5　强制切换 209
8.2.6　环网冗余和线缆冗余 209
8.2.7　热插拔 209
8.2.8　无扰下装 210
8.2.9　可扩展背板总线 211
8.2.10　网络组态工具 212
8.2.11　POWERLINK各种冗余的拓扑结构 212