Blast. Protocollo di comunicazione seriale. Numero Rev. Data Totale pagine: 19 GRADO DI RISERVATEZZA. Divulgabile

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1 Protocollo di comunicazione seriale Blast Numero Rev. Data Totale pagine: 19 GRADO DI RISERVATEZZA Divulgabile 1

2 SOMMARIO 1. INTRODUZIONE COLLEGAMENTO FISICO PORTA RS PORTA RS FORMATO DELLA TRAMA INDIRIZZO NODO SERVICE-CODE FLAG N BYTE DATA CRC MODELLO AD OGGETTI MESSAGGI ESPLICITI SERVICE-CODE ESEMPI LETTURA/SCRITTURA DELLE AREE PARAMETRI SERVICE-CODE 11: LETTURA AREA PARAMETRI SERVICE-CODE 12: SCRITTURA AREA PARAMETRI POLLING I/O SERVICE-CODE APPENDICE AREE DI SUPERVISIONE/CONTROLLO BLAST CALCOLO DEL CRC

3 1. Introduzione Questo documento fornisce informazioni sul protocollo di comunicazione implementato sulla porta RS-232 di Blast e sulla scheda opzionale di comunicazione RS-485. Esso riguarda la descrizione del formato delle trame da scambiare tra host esterno e Blast e delle tipologie di messaggi necessari per il controllo e la supervisione del sistema. Il protocollo di comunicazione è di tipo Master/Slave: l host esterno è il master, Blast è lo slave. La regola per lo scambio dati è la seguente: il master (host esterno) invia una richiesta (Request); lo slave (Blast) risponde sempre alla richiesta pervenuta (Response). Blast non invia mai dati spontaneamente al master esterno, ma solo su sollecitazione dello stesso. Il master, da parte sua, può inviare una richiesta a Blast solo dopo aver evaso quella precedente (o dopo essere andato in timeout nell attesa della risposta). Host Req. Req. Req. Resp. Resp. Resp. Blast 2. Collegamento fisico 2.1 Porta RS-232 E necessario montare sull azionamento la scheda di comunicazione opzionale RS232 optoisolata. La connessione è di tipo punto-punto tra host e Blast. Il connettore della porta RS-232 è di tipo standard a 9 poli femmina (DB9F). La piedinatura è la seguente: Pin Funzione 1 +5 V. 2 RXD 3 TXD 4 n.c. 5 GND 6 +5 V 7 RTS 8 CTS 9 GND Il baudrate può essere impostato ai valori 9600, 19200, 38400, Bps. Non viene effettuato il controllo della parità; vengono usati 8 bit dati e 1 bit di stop. 3

4 2.2 Porta RS-485 E necessario montare sull azionamneto la scheda di comunicazione opzionale RS485. La porta è optoisolata e garantisce una maggiore immunità ai disturbi di modo comune; inoltre, la natura multi-drop della linea RS-485 permette di controllare più azionamenti contemporaneamente dallo stesso Host esterno. Il connettore è di tipo 9 poli femmina (DB9F). La piedinatura è la seguente: Pin Funzione 1 GND con dip-switch interno 2 n.c. 3 S- 4 n.c. 5 GND con dip-switch interno 6 n.c. 7 S+ 8 a massa con 47 Ω interna 9 a +5 V con dip-switch interno Il baudrate può essere impostato ai valori 9600, 19200, 38400, 57600, 76800, , Bps. Non viene effettuato il controllo della parità; vengono usati 8 bit dati e 1 bit di stop. 4

5 3. Formato della trama Si riporta di seguito la struttura della trama scambiata durante un ciclo di comunicazione (Request e Response). La trama ha lo stesso formato in trasmissione e in ricezione ed ha una lunghezza massima di 512 byte (compreso Header e CRC). I campi numerici più lunghi di un byte seguono la convenzione Motorola: prima viene trasmesso il byte più significativo (MSB), poi quello meno significativo (LSB). Ind. drive Service Code Flag HEADER (5 byte) N byte DATA (variabile) CRC BOTTOM (2 byte) 3.1 Indirizzo nodo Contiene l indirizzo dell azionamento con cui si vuole comunicare. Nel caso la connessione sia una connessione punto-punto attraverso la porta RS-232, questo campo può contenere un valore qualsiasi: Blast replica nella risposta il valore ricevuto dal master. Il suo valore è invece significativo se si utilizza la scheda di comunicazione opzionale RS-485: in questo caso solo il nodo con indirizzo impostato uguale a quello trasmesso sarà abilitato a rispondere alla richiesta pervenuta. 3.2 Service-Code Definisce il servizio cui si vuole accedere; in pratica dà un significato ai dati contenuti nella parte DATA. Blast replica sempre con lo stesso service-code ricevuto dal master. 3.3 Flag In trasmissione, questo campo non è utilizzato: il master vi deve scrivere 0 (zero). In ricezione il campo contiene un codice di errore che dà l esito del ciclo di comunicazione: il drive informa il master se la trama precedente è stata ricevuta correttamente o se si è verificato un errore di protocollo. I codici gestiti sono i seguenti: 0 RS232_FLAG_ACK Nessun errore, i dati nel campo DATA sono validi 5

6 1 RS232_FLAG_TOO_MANY_DATA Superata la dimensione massima consentita del buffer di trasmissione 2 RS232_FLAG_WRONG_CRC_RECV Blast ha ricevuto una trama con CRC errato 3 RS232_FLAG_SERV_NOT_SUPPORTED Il servizio descritto nel campo Service-code non è supportato 4 RS232_FLAG_WRONG_DATA_LEN La dimensione della parte dati è errata per il servizio richiesto 5 RS232_FLAG_SYSTEM_BUSY Blast impegnato: non può eseguire le operazioni richieste 6 RS232_FLAG_SYSTEM_NOT_READY Blast non è ancora a regime In pratica, la risposta può essere considerata valida se il campo flag ricevuto vale 0 (ACK). 3.4 N byte Contiene il numero di byte di cui è costituta la parte DATA della trama. Prima viene inviato il MSB, poi il LSB. Dato che la trama può essere al massimo lunga 512 byte, questo campo può assumere valori fino a DATA Contiene i dati formattati e con il significato definito dal campo service-code. 3.6 CRC L error-detection sui dati trasmessi viene effettuato utilizzando un algoritmo di CRC (Cyclic Redundancy Check). Il polinomio generatore è quello standard CRC-CCITT: P(x) = X 16 +X 12 +X 5 +1 e il registro di calcolo del CRC viene inizializzato con 0 (zero). Viene calcolato il CRC del buffer composto dall header e dalla parte dati. Il risultato (16 bit) viene trasmesso in fondo alla trama partendo dal bit meno significativo (cioè il Bottom della trama è costituito dall LSB, seguito dal MSB del CRC). In appendice è riportato il codice sorgente in C utilizzato per il calcolo del CRC. fornisce eventualmente anche un file di libreria contenente la funzione di calcolo del CRC, che può essere utilizzata qualora venga utilizzato un Host PC con Windows. 6

7 4. Modello ad oggetti Prima di definire il formato della parte dati della trama, è opportuno accennare all architettura logica interna di Blast, per quanto riguarda i dati esposti all esterno. Si può pensare al sistema Blast come ad una collezione di oggetti logici con i quali si può interagire. Gli oggetti accessibili dall esterno sono 3 e sono i seguenti: 1. Parametri; 2. Dati di supervisione (INPUT); 3. Dati di controllo (OUTPUT). Per convenzione si parlerà in questo documento di Output e di Input dal punto di vista del master esterno (Host); perciò, Output sono le informazioni in senso generico che l Host scrive verso Blast e Input quelle che legge da Blast. Fisicamente gli oggetti parametri possono essere pensati come a delle aree di memoria di 128 word; analogamente gli oggetti supervisione e controllo possono essere pensati come ad altre aree di memoria di grandezza opportuna. Esistono due entità di oggetti parametri : 1. parametri drive 2. parametri automazione Ogni elemento (word) costituisce l attributo dell oggetto in questione. Esso assumerà di volta in volta un significato diverso a seconda dell oggetto di cui fa parte: ad esempio le word dell oggetto Parametri drive saranno i parametri relativi all azionamento; quelle dell oggetto parametri automazione possono definire I parametri per la funzione posizionatore. Le word dell oggetto Supervisione saranno ad esempio i valori delle velocità, stati, allarmi,... ecc.; quelle dell oggetto Controllo saranno i setpoint, i consensi di marcia,...ecc. Infine, è possibile interagire con gli oggetti sopra descritti con delle operazioni (formalmente dette metodi degli oggetti); le operazioni possibili sono le seguenti, per ciascun oggetto: Oggetto Parametri Supervisione Controllo Metodi Scrittura Lettura Salvataggio in eeprom Ripristino da eeprom Lettura Scrittura Lettura 7

8 5. Messaggi espliciti 5.1 Service-code 10 Con questo service-code è possibile interagire esplicitamente con tutti gli oggetti descritti sopra e con tutti i loro attributi, tramite i metodi esposti. La parte dati della trama è costituita da uno o più dei seguenti blocchi: REQUEST RESPONSE TASK TARGET TAG VALUE High Low High Low ERROR TASK TARGET TAG VALUE High Low High Low Ciò significa che in trasmissione il campo N byte dell header sarà sempre un multiplo di 6, mentre in ricezione sarà sempre un multiplo di 7. Blast replica sempre con tanti blocchi (di 7 byte) quanti sono quelli ricevuti (di 6 byte). Il campo TASK identifica l oggetto con cui si vuole interagire e l operazione da effettuare su di esso. I task ammessi sono i seguenti: Task Codice WRITE_PARAM 2 READ_PARAM 3 READ_IN_CYCLIC 5 WRITE_OUT_CYCLIC 6 READ_OUT_CYCLIC 7 STORE_EEPROM 8 RESTORE_EEPROM 9 DRIVE_COMMAND 10 DRIVE_TUNE 13 DRIVE_COMMAND permette di inviare all azionamento dei comandi; DRIVE_TUNE permette di lanciare le sequenze di taratura dell eventuale resolver e delle uscite analogiche. TARGET identifica l entità con cui si vuole comunicare: 1 indirizza i parametri drive H FC indirizza l area parametri di automatione Il campo TAG indirizza l attributo nell oggetto. 8

9 Può assumere i valori per i parametri. Per gli input e gli output si rimanda alle tabelle in appendice. Per il significato dei parametri si rimanda al manuale di Blast. VALUE è il valore della variabile che si vuole scrivere o il valore che viene ritornato in risposta ad una richiesta di lettura. Il campo ERROR è presente nella sola trama in risposta e contiene i codici seguenti: Codice Valore ACK 0 ERR_INVALID_TASK 1 ERR_INVALID_TARGET 2 ERR_INVALID_TAG 3 ERR_DATA_UNAVAILABLE 4 ERR_EEPROM 5 Si riporta di seguito il dettaglio dei Task supportati: Trasmissione (Host Blast) Ricezione ACK (Blast Host) READ_PARAM Target 1, H FC Replica il target richiesto Tag Indice del parametro che si Replica la tag richiesta vuole leggere, tra Value NULL Contiene il valore del parametro richiesto (word) WRITE_PARAM Target 1, H FC Replica il target richiesto Tag Indice del parametro che si Replica la tag richiesta vuole scrivere, tra Value Valore Replica il valore inviato READ_INPUT Target 1 Replica il target richiesto Tag Indice della grandezza sul Replica la tag richiesta buffer in input di supervisione che si vuole leggere. Value NULL Contiene il valore della grandezza richiesta (word) WRITE_OUTPUT Target 1 Replica il target richiesto 9

10 Tag Indice della grandezza sul Replica la tag richiesta buffer in output di controllo che si vuole scrivere. Value Valore Replica il valore scritto READ_OUTPUT Target 1 Replica il target richiesto Tag Indice della grandezza sul Replica la tag richiesta buffer in output di controllo che si vuole leggere. Value NULL Contiene il valore della grandezza richiesta (word) STORE_EEPROM Target 1, H FC Replica il target richiesto Tag 0 127, H FFFF Replica la tag richiesta Indice del parametro che si vuole salvare in EEPROM, tra 0-127; il parametro è trasferito dalla RAM del master all EEPROM; H FFFF salva tutto il buffer Value NULL NULL RESTORE_EEPROM Target 1, H FC Replica il target richiesto Tag 0 127, H FFFF Replica la tag richiesta Indice (0-127) della word in EEPROM che si vuole caricare in RAM al master; H FFFF legge tutto il buffer Value NULL NULL DRIVE_COMMAND Target 1 Replica il target richiesto 0-1 Drive ON/OFF 2 EN1 3 CW/CCW Replica la tag richiesta Tag 4 EN 2 5 Reset allarmi 6-10

11 7 - Value 0 Comando OFF Replica il value inviato 1 Comando ON DRIVE_TUNE Target 1 Replica il target richiesto 0-1 Taratura resolver 2 Taratura AN1 Tag 3 Taratura AN2 Replica la tag richiesta Value NULL NULL 11

12 5.2 Esempi Scrittura del parametro Accelerazione al drive 1, impostando un valore di sec.: Request Response HEADER DATA BOTTOM H 0A H 06 Ind. drive Service-code Flag N byte H 02 Task: WRITE_PARAM Target: drive H 12 Tag 12 hex: Accelerazione H 03 H E8 Value: 1000 dec H 2A H 4E CRC H 0A H 07 ACK H 02 H 12 H 03 H E8 H C2 H 7C Invio del comando di abilitazione dell azionamento 1: Request Response HEADER DATA BOTTOM H 0A Ind. drive Service-code Flag H 06 N byte H 0A Task: DRIVE COMMAND Target: drive Tag: Drive ON/OFF Value: ON H 24 H 55 CRC H 0A H 07 ACK H 0A H CC H 67 12

13 6. Lettura/scrittura delle aree parametri 6.1 Service-code 11: lettura area parametri Con questo service-code è possibile leggere tutta l area parametri (128 word) di ciascuna entità con un singolo messaggio da seriale. La parte dati della trama ha la struttura seguente: REQUEST RESPONSE 0 TARGET ERROR TARGET PARAMETER VALUES (128 word) Presente se ERROR = Contando Header (5 byte) e CRC (2 byte), la trama di richiesta sarà sempre lunga 8 byte. TARGET identifica l entità con cui si vuole comunicare: 1 indirizza l area parametri drive H FC indirizza l area parametri di automazione La parte PARAMETER VALUES della risposta è presente solo se ERROR contiene un ACK (=0), altrimenti non è presente e ERROR contiene il codice di errore. Si rimanda all appendice per la struttura dei parametri. 13

14 6.2 Service-code 12: scrittura area parametri Con questo service-code è possibile aggiornare tutta l area parametri (128 word) di ciascuna entità con un singolo messaggio da seriale. La parte dati della trama ha la struttura seguente: REQUEST RESPONSE TARGET 0 1 ERROR TARGET PARAMETER VALUES (128 word)

15 7. Polling I/O I service-code 31 è utilizzato per la supervisione dell azionamneto. Il campo TARGET in questo caso deve contenere il valore. 7.1 Service-code 31 Quando l Host esterno richiede questo servizio, Blast risponde con tutto il buffer di supervisione di 16 word. TARGET: 1 indirizza l entità drive REQUEST RESPONSE 0 TARGET ERROR TARGET 3 SUPERVISION VALUES (16 word) 66 Si rimanda in appendice per la struttura del buffer di supervisione completo del drive. 15

16 8. Appendice 8.1 Aree di supervisione/controllo Blast Tutte le tag si intendono con accesso in sola lettura. Area supervisione drive (INPUT) Tag Nome Unità Valori ammessi 0 Status - Bit 0 general enable 1 drive ON 2 EN1 3 CW/CCW Set (0=CW, 1=CCW) 4 EN2 5 MSR Alarm 8 Tuning... 9 Actual revolution direction (0=CW, 1=CCW) 10 Setpoint reached 11 Brake 12 Thermal Warning 13 Torqe/Speed 14 Tuning request Alarm - Bit 0 Short circuit 1 thermal alarm 2 Low 24V 3 power thermal alarm Under voltage 6 Over voltage 7 Over current 8 Startup 9 Congruence 10 Autotuning error 11 Over speed 12 Current ref. Error 13 Param. Error 14 Brake over current 15 Startup Under voltage 2 Frequency 1/100 Hz 3 Speed RPM Rpm 4 Current 1/10 Amp 10 IGBT 1/10 temperature 11 DC-Link Volatge Celsius Volt 16

17 Area controllo drive (OUTPUT) Tag Nome Unità Accesso Valori ammessi 0 Rif.1 - R/W (16 bit) 1 Kappa - R/W (16 bit) 2 Rif.2 - R/W (16 bit) 17

18 8.2 Calcolo del CRC Il polinomio generatore utilizzato è quello standard denominato CRC-CCITT: P(x) = X 16 +X 12 +X 5 +1 e il registro di calcolo del CRC viene inizializzato con 0 (zero). Di seguito è riportato in uno pseudo-linguaggio di programmazione l algoritmo che può essere usato per il calcolo del CRC. Siano: POLY una word a 16 bit che contiene la costante 8408 Hex I, J due word da usare come contatore CRC una word a 16 bit che conterrà il risultato NUM_BYTES il numero di bytes di cui si vuole calcolare il CRC BUFFER(.) il buffer di NUM_BYTES byte, su cui si vuole calcolare il CRC Il blocco per calcolare il CRC è: CRC=0 FOR I=0 To (NUM_BYTES-1) DO ; ripete NUM_BYTES volte CRC = CRC XOR_BIT BUFFER(I) ; Xor a bit FOR J=0 To 7 DO ; ripete 8 volte IF (CRC AND_MASK 1) THEN ; test se bit 0 di CRC vale 1 SHIFT_RIGHT CRC, 1 ; shift a destra di 1 bit di CRC CRC = CRC XOR_BIT POLY ELSE SHIFT_RIGHT CRC, 1 END_IF END_FOR END_FOR Alla fine dell algoritmo, la variabile CRC conterrà il valore del CRC calcolato sui byte contenuti in BUFFER(.). Esiste un metodo veloce di calcolo table-driven, che può utilizzare la tabella e la funzione qui sotto riportate in linguaggio C: const unsigned short int CRCTable[256] = { 0x0000, 0x1189, 0x2312, 0x329b, 0x4624, 0x57ad, 0x6536, 0x74bf, 0x8c48, 0x9dc1, 0xaf5a, 0xbed3, 0xca6c, 0xdbe5, 0xe97e, 0xf8f7, 0x1081, 0x0108, 0x3393, 0x221a, 0x56a5, 0x472c, 0x75b7, 0x643e, 0x9cc9, 0x8d40, 0xbfdb, 0xae52, 0xdaed, 0xcb64, 0xf9ff, 0xe876, 0x2102, 0x308b, 0x0210, 0x1399, 0x6726, 0x76af, 0x4434, 0x55bd, 0xad4a, 0xbcc3, 0x8e58, 0x9fd1, 0xeb6e, 0xfae7, 0xc87c, 0xd9f5, 0x3183, 0x200a, 0x1291, 0x0318, 0x77a7, 0x662e, 0x54b5, 0x453c, 0xbdcb, 0xac42, 0x9ed9, 0x8f50, 0xfbef, 0xea66, 0xd8fd, 0xc974, 0x4204, 0x538d, 0x6116, 0x709f, 0x0420, 0x15a9, 0x2732, 0x36bb, 0xce4c, 0xdfc5, 0xed5e, 0xfcd7, 0x8868, 0x99e1, 0xab7a, 0xbaf3, 0x5285, 0x430c, 0x7197, 0x601e, 0x14a1, 0x0528, 0x37b3, 0x263a, 0xdecd, 0xcf44, 0xfddf, 0xec56, 0x98e9, 0x8960, 0xbbfb, 0xaa72, 18

19 0x6306, 0x728f, 0x4014, 0x519d, 0x2522, 0x34ab, 0x0630, 0x17b9, 0xef4e, 0xfec7, 0xcc5c, 0xddd5, 0xa96a, 0xb8e3, 0x8a78, 0x9bf1, 0x7387, 0x620e, 0x5095, 0x411c, 0x35a3, 0x242a, 0x16b1, 0x0738, 0xffcf, 0xee46, 0xdcdd, 0xcd54, 0xb9eb, 0xa862, 0x9af9, 0x8b70, 0x8408, 0x9581, 0xa71a, 0xb693, 0xc22c, 0xd3a5, 0xe13e, 0xf0b7, 0x0840, 0x19c9, 0x2b52, 0x3adb, 0x4e64, 0x5fed, 0x6d76, 0x7cff, 0x9489, 0x8500, 0xb79b, 0xa612, 0xd2ad, 0xc324, 0xf1bf, 0xe036, 0x18c1, 0x0948, 0x3bd3, 0x2a5a, 0x5ee5, 0x4f6c, 0x7df7, 0x6c7e, 0xa50a, 0xb483, 0x8618, 0x9791, 0xe32e, 0xf2a7, 0xc03c, 0xd1b5, 0x2942, 0x38cb, 0x0a50, 0x1bd9, 0x6f66, 0x7eef, 0x4c74, 0x5dfd, 0xb58b, 0xa402, 0x9699, 0x8710, 0xf3af, 0xe226, 0xd0bd, 0xc134, 0x39c3, 0x284a, 0x1ad1, 0x0b58, 0x7fe7, 0x6e6e, 0x5cf5, 0x4d7c, 0xc60c, 0xd785, 0xe51e, 0xf497, 0x8028, 0x91a1, 0xa33a, 0xb2b3, 0x4a44, 0x5bcd, 0x6956, 0x78df, 0x0c60, 0x1de9, 0x2f72, 0x3efb, 0xd68d, 0xc704, 0xf59f, 0xe416, 0x90a9, 0x8120, 0xb3bb, 0xa232, 0x5ac5, 0x4b4c, 0x79d7, 0x685e, 0x1ce1, 0x0d68, 0x3ff3, 0x2e7a, 0xe70e, 0xf687, 0xc41c, 0xd595, 0xa12a, 0xb0a3, 0x8238, 0x93b1, 0x6b46, 0x7acf, 0x4854, 0x59dd, 0x2d62, 0x3ceb, 0x0e70, 0x1ff9, 0xf78f, 0xe606, 0xd49d, 0xc514, 0xb1ab, 0xa022, 0x92b9, 0x8330, 0x7bc7, 0x6a4e, 0x58d5, 0x495c, 0x3de3, 0x2c6a, 0x1ef1, 0x0f78 }; unsigned short int crc_calc(unsigned char *p, unsigned short int nbytes) { unsigned short int crc=0x00; while (nbytes--) crc = CRCTable[(crc ^ *p++ ) & 0x0ff] ^ (crc >> 8); return crc; } La funzione crc_calc() ritorna su una word il CRC del buffer puntato da p e lungo nbytes. La tabella CRCTable[] è stata calcolata con la funzione seguente: #define CRC_CCITT_POLYNOMIAL (unsigned short int)0x8408 // Costruzione della tabella di look-up void BuildCRCTable(void) { int i, j; unsigned short int crc; } for (i=0; i<256; i++) { crc = i; for (j=8; j>0; j--) { if (crc & 0x01) crc = (crc >> 1) ^ CRC_CCITT_POLYNOMIAL; else crc >>= 1; } CRCTable[i] = crc; } 19

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