本文为ProfiNet介绍文章《嵌入式环境 实现ProfiNet/PN工业以太网》的应用实例，使用ESM7000+ETA104+UR205PN

1 硬件安装：

如图1，将ETA104V5和UR205PN,以及EM7000核心板，安装至SBC884底板

图1

如图2，连接编程电脑，交换机，组态用PC,及SBC884板卡系统。

图2，系统组成

2 PC端组态并配置PLC

2.1 在博图中安装设备GSD

将GSD压缩文件解压并放置到任意目录中，目录中有如下三个文件

打开博图，并在菜单栏中，通过“选项->管理通用站点描述文件”进入gsd管理。

选择第一步GSD文件的解压路径，并勾选文件，安装。

完成后，可以在博图的硬件目录中，“其他现场设备-> PROFINETIO -> I/O-> UreateAutomatic -> VARIABLE I/O ->前端模块”中找到新添加的设备。

2.2 博图中组态最简PLC系统

首先新建一个博图项目，然后在拓扑视图中，添加PLC，交换机，和PN模块。我这里选择的PLC是1211C。而模块的位置如下图：

将PLC和UR205PN模块连接起来。

然后转到网络视图中，添加他们的连接关系，如图：

接着双击UR205PN模块，进入设备视图，并在设备插槽中，添加4个数据交换模块

设备插槽中插入数据交换模块，数据交换模块中插入数据对象。数据对象可以从“1/2/4字节输入”或者“1/2/4字节输出”中选择。

接下来分别为每个数据模块添加数据对象，如下:

分别是1个1字节输入（两路DI输入），1个1字节输出（对应一路继电器输出），两个2字节输入（对应4-20MA输入）。

这里添加的四个模块，对应的是ETA104模块的输入输出通路。其对应关系如下：

为模块添加变量。

首先我们要找到UR205PN各模块的数据地址。

在博图的设备视图中选择UR205PN模块，并点击各模块，即可查看模块数据在PLC中的位置.例如下图展示的是PKW模块的示意图：

上图中，说明PKW模块的输入，是从PLC数据地址68到75，共8个字节。PKW模块的输出，是从64到71，共8个字节。

以此类推，可以找到所有数据的地址.本例中数据地址如下表

根据数据表，我们在PLC中建立如下变量表：

建立项目的强制列表，该表用于设置输出值。

建立项目的监视表，该表用于读取输入值。

数据变量分为两个区域：PKW 和 周期通信。 周期通信比较好理解，就是每次通信都会交换的周期数据，也是我们在插槽中插入的模块数据：如DI,DO,AI,AO。

PKW_开头的数据对象，则属于PKW访问过程。该访问基于一问一答，过程和定义如下：

所以，PLC如果要发起PKW通信，需要如下步骤：

1.     PKW_RW_req 设为“0：读”  或者  “1：写”

2.     PKW_INDEX_req 设为需要访问的数据索引

3.     PKW_VALUE_req 如果为写操作，这里需要输入写入的值

4.     PKW_COUNT_req 自增1,以表明是新的PKW访问，触发PN操作

当接收数据时：

1.     等待PKW_COUNT_rsp与PKW_COUNT_req一致

2.     对比回应的INDEX是否等于请求INDEX

3.     若是读取操作的回应帧，则获取PKW_VALUE_rsp

2.3 组态下载到PLC

完成后将组态编译并下载到PLC。

3 嵌入式端程序编译及运行

3.1 在PC上建立代码编译系统

本案例使用的嵌入式编译开发环境式如下：

其搭建过程可参考如下文档：《VSCODE嵌入式编译环境搭建》

3.2 PC连接嵌入式板

PC连接嵌入式板的过程，参考英创工控板使用说明。

3.3 案例程序文件

解压缩案例代码：test_DIO_pn.rar。

通过VSCODE ,WSL方式远程打开该项目。

项目的文件组成如下图所示：

3.4 应用层通信协议简介

对应用层而言，通信都是建立在周期数据交换帧上。其内部划分为两个功能区：PKW,和周期通信区。这两个功能区在周期通信帧中，他们的位置如下：

这两个功能区，对应了嵌入式内的两种通信对象：PKW索引访问对象和周期通信访问对象。

PKW: 数据以<索引-值>的方式存放在嵌入式端，用户可以为某个参数指明特定的索引号，PLC通过问答方式,访问该索引。这种方式适用于交换时间不敏感的数据。例如一些参数。其通信帧定义如下：、

周期通信对象：数据每个通信周期都会交换一次，适合时间敏感的通信对象，往往都是一些输入输出值，如DI,DO,AI,AO等。其在帧中定义如下：

3.5 用户需要实现的代码

在案例中，用户代码区域主要有以下代码段需要维护：

1． 周期通信模块定义

uint8_t UMList[4]={
       //模块类型  模块数据存储区
       MODULE_1BYTE_INPUT,          //1个字节的DI输入
       MODULE_1BYTE_OUTPUT,         //1个字节的DO输出
       MODULE_2BYTE_INPUT,          //16位AI输入
       MODULE_2BYTE_INPUT           //16位AI输出
};

用户通过该数组定义周期通信模块的数量和类型。本案例中，模块如下表：

我们目前支持的模块类型有：

#define MODULE_1BYTE_INPUT 0X01  //1字节输入
#define MODULE_2BYTE_INPUT 0X02  //2字节输入
#define MODULE_4BYTE_INPUT 0X04  //4字节输入
#define MODULE_1BYTE_OUTPUT 0X81 //1字节输出
#define MODULE_2BYTE_OUTPUT 0X82 //2字节输出
#define MODULE_4BYTE_OUTPUT 0X84 //4字节输出

（注意这里的输出是以PLC为主站视角，从PLC到嵌入式为输出；从嵌入式到PLC为输入。）

2． PKW索引访问区域模块定义

sPKWNode UPKWList[]=
{
    {0x0001,PKW_R|PKW_W,0}, //索引为1的可读写寄存器
    {0x0012,PKW_R,0},   //索引为8001H的只读寄存器
    {0x8002,PKW_W,0}    //索引为8002H的只写寄存器
};

3． 周期通信回调函数user_Oncycle

当周期通信发生时，会调用该回调函数，用户在这里将需要传输的值，与PN上的通信值做交换。

例如在本案例中，回调函数如下：

//切换大小端
//pDes 指向切换后的结果存储区
//pSrc 来源
//SIZE 数据字节长度
void sw_bigsmall(uint8_t *pDes, uint8_t *pSrc, uint8_t size)
{
    uint8_t *pD;
    uint8_t *pS;
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
          pD = pDes+i;
          pS = pSrc+size-1-i;
          *pD = *pS;
    }
}
 
//用户在该函数中，交换模块和外部设备之间的数据
void user_Oncycle(sPNModule *pModule, int modulecount)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
 
    //这里处理周期数据
    if(pModule[0].moduletype == MODULE_1BYTE_INPUT)//确保模块类型正确
    {
          *pModule[0].pmoduleBuff =   ETA105_DI ;
         
    }
    if(pModule[1].moduletype == MODULE_1BYTE_OUTPUT)//确保模块类型正确
          ETA105_DO = *(pModule[1].pmoduleBuff) ;
    if(pModule[2].moduletype == MODULE_2BYTE_INPUT)//确保模块类型正确
          sw_bigsmall((pModule[2].pmoduleBuff),(uint8_t*)&(ETA105_AI[0]),2);
    if(pModule[3].moduletype == MODULE_2BYTE_INPUT)//确保模块类型正确
          sw_bigsmall((pModule[3].pmoduleBuff),(uint8_t*)&(ETA105_AI[1]),2);
}

      4. PKW读索引回调函数user_onReadIndex

当PKW中有新的读取请求时，会执行该回调函数。用户在次函数对该索引数据赋值并执行一些自定义操作。本案例中程序如下

void   user_onReadIndex(sPKWNode *pNode)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
    if(pNode == NULL) return ;
    switch(pNode->index)
    {
          case 0x0001:
              //这里添加读0001索引对象时的程序
              break;
          case 0x0012:
              //这里添加读0012索引对象时的程序 假定是波特率
              //这里注意从小端切换成大端
              sw_bigsmall((uint8_t*)&(pNode->value),(uint8_t*)&(m_Serial.baudrate),4);
              break;
          case 0x8002:
              //0x8002不可读，不操作
              break;
 
    }
}

       5 .PKW写操作回调函数

       当有PKW写请求时，系统调用该回调函数，用户在此函数中，将PLC传输来得值写入，并执行相应得自定义操作。

//用户定义的写缩影回调函数
void   user_onWriteIndex(sPKWNode *pNode)
{
    if(pNode == NULL) return ;
    switch(pNode->index)
    {
          case 0x0001:
              //
              break;
          case 0x0012:
              //该对象只读，不操作
              break;
          case 0x8002:
              //
              break;
 
    }
}

3.6 PN程序的入口及退出处理：

入口：

      m_Serial.CDC_ACM_number =0; //初始化通信对象
      m_Serial.baudrate = 115200;
      m_Serial.oncycle = user_Oncycle; //注册回调函数
      m_Serial.onPKWRead = user_onReadIndex;
      m_Serial.onPKWWrite = user_onWriteIndex;
      m_Serial.startPN(); //创建PN工作线程

退出处理：

      m_Serial.stopPN( );

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