摘要：隨著工業(yè)4.0的提出，網(wǎng)絡(luò)化是工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。本文提出了一種驅(qū)動器(如伺服、變頻器)集成多種工業(yè)總線（ETHERNETPowerlink，EtherCAT，CANOpen）的方法，主要解決多總線統(tǒng)一、多軸在驅(qū)動控制級別（如PWM中斷）的同步問題。與采用多個總線并行實現(xiàn)的方法不同，本文提供了一種基于IEC61800-7的統(tǒng)一架構(gòu)和接口。該架構(gòu)的通信模型分為物理層、協(xié)議層、接口層和驅(qū)動應(yīng)用層。協(xié)議層主要基于IEC61800-7-301標(biāo)準(zhǔn)，它是一種基于對象字典、包含周期數(shù)據(jù)（PDO）、非周期數(shù)據(jù)（SDO）等數(shù)據(jù)交換的協(xié)議；接口層則對協(xié)議層進行封裝，提供面向驅(qū)動的、統(tǒng)一的函數(shù)接口、對象集合和對象字典，最關(guān)鍵的是多軸驅(qū)動的同步接口；驅(qū)動應(yīng)用層用于實現(xiàn)IEC61800-7-201協(xié)議的功能，并以該協(xié)議作為驅(qū)動開發(fā)的核心，而不僅僅作為數(shù)據(jù)接口。然后，本文在驅(qū)動器上實現(xiàn)了上述多工業(yè)總線的集成功能，它具有較高的靈活性和可擴展性。最后，通過實驗驗證了該方法的可行性，以及多軸的同步性能。

1引言

網(wǎng)絡(luò)化是工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。工業(yè)4.0發(fā)展戰(zhàn)略，對網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)型驅(qū)動器，包含網(wǎng)絡(luò)型伺服、網(wǎng)絡(luò)型變頻器，是運動控制發(fā)展的重要方向，它可以提高系統(tǒng)的擴展性、減少布線，通訊速率高、信息量大等特點。

為了統(tǒng)一工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，IEC組織推出了IEC61158/ISASP50.02標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由于市場應(yīng)用、廠商推廣等原因并沒給出統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，第四版限定了主流的20個總線。顯然多種網(wǎng)絡(luò)接口阻礙了工業(yè)運動控制的發(fā)展，一方面，驅(qū)動制造商需要支持多種總線接口、服務(wù)與支持；另一方面，控制器制造商以及系統(tǒng)集成者要考慮如何集成，而同一個網(wǎng)絡(luò)接口也有不同的應(yīng)用層控制協(xié)議。因此，催生了IEC61800-7標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義描述了電驅(qū)動系統(tǒng)（PowerDriveSystems）在工業(yè)自動化中統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)映射層規(guī)范IEC61800-7-300和應(yīng)用層規(guī)范IEC61800-7-200，如圖1所示。

該標(biāo)準(zhǔn)給出了4大類應(yīng)用協(xié)議Cia402，CIPMotion，PROFIdrive，SERCOS。雖不是一個協(xié)議，但依然極大地方便了驅(qū)動、控制器、系統(tǒng)集成三者交互。其中Cia402協(xié)議由于其歷史、開放性，在運動控制器應(yīng)用廣泛。它最早由CANinAutomation（CiA）組織制定，是CANOpen眾多應(yīng)用協(xié)議里的一種，早期依賴于CAN總線，現(xiàn)在由IEC61800-7-201收錄并擴展使其支持工業(yè)實時以太網(wǎng)，如ETHERNETPowerlink（以下簡稱Powerlink）、EtherCAT。網(wǎng)絡(luò)型伺服可以分為兩類接口，一類是傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線，一類是較新的實時以太網(wǎng)。實時以太網(wǎng)則是近年來現(xiàn)場總線的新發(fā)展方向，是工業(yè)以太網(wǎng)中實時性最好的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。在運動控制領(lǐng)域中，Powerlink和EtherCAT市場占有率和通用性較好。

網(wǎng)絡(luò)型伺服對主站的依賴度較高，由于行業(yè)、市場等原因，市場上有各種控制器，很難一種總線可以適應(yīng)所有應(yīng)用，因此集成Powerlink、EtherCAT、CANOpen的驅(qū)動產(chǎn)品，更能滿足市場的需求，也是本文研究的重點。另外，傳統(tǒng)的脈沖型伺服已很難應(yīng)對現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，比如工業(yè)機器人擁有多個伺服，其脈沖布線會很復(fù)雜，無法傳輸報警、力矩等高級信息。

國內(nèi)還沒有同時集成Powerlink、EtherCAT、CANOpen的驅(qū)動器，國外伺服產(chǎn)品如倫茨伺服采用插通訊卡的方式，支持多種總線。JuKyungLee給出了基于IEC61800及EtherCAT的實現(xiàn)方式，其控制器及驅(qū)動均按標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)，但只一種實時以太網(wǎng)的應(yīng)用接口。山東大學(xué)丁信忠給出了一種基于EtherMAC總線的伺服，其采用的自定義、未標(biāo)準(zhǔn)化的控制協(xié)議。一些總線的廠商給出了各自的集成方法，有的是對硬件和協(xié)議的簡單集成(如PORTING、IXXAT公司的總線產(chǎn)品)，有的面向通信提供了統(tǒng)一的接口(如Softing公司、赫優(yōu)訊)，而沒有面向驅(qū)動應(yīng)用提供統(tǒng)一接口，并且由于各總線差異較大，配置和使用過程依然較繁瑣。通常，一種集成總線的驅(qū)動器的實現(xiàn)都采用并行方法，如圖2所示。圖中的API代表函數(shù)應(yīng)用接口。

該解決方案的缺點是：每種工業(yè)總線協(xié)議都要有自己的對象字典與對象、需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且需要各自的協(xié)議棧運行接口?？梢娖浣粨Q過程復(fù)雜，而且沒有為驅(qū)動專門提供同步接口。

介于當(dāng)前還沒有面向驅(qū)動的、同時支持Powerlink、EtherCAT、CANOpen總線的統(tǒng)一接口架構(gòu)的論述，本文將闡述解決方法。本項目的驅(qū)動應(yīng)用層不進行Cia402的轉(zhuǎn)換，直接以它作為開發(fā)指南，規(guī)劃內(nèi)部的狀態(tài)機與控制接口，同時對多總線以及多軸同步提供協(xié)議和接口。標(biāo)準(zhǔn)中只有通訊級同步報文，本文將通訊級的同步上升到驅(qū)動控制中斷（PWM中斷）的同步上。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文將基于IEC61800-7針對驅(qū)動封裝底層通訊，并提供統(tǒng)一的驅(qū)動應(yīng)用層接口。其通訊模型架構(gòu)和硬件平臺如下文所示。

2.1通訊模型架構(gòu)

該驅(qū)動器的通信模型分為物理層、協(xié)議層、接口層和驅(qū)動應(yīng)用層。整體的架構(gòu)圖如圖3所示。

物理層位于最底層，包括以太網(wǎng)硬件接口（如PHY芯片）和CAN硬件接口，用于將總線數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線硬件與協(xié)議棧交互。

協(xié)議層位于物理層與接口層之間，包括Powerlink、EtherCAT和CANOpenCia301協(xié)議棧。該層將上層對象集合按照各自的協(xié)議進行打包發(fā)送給物理層，并將物理層的數(shù)據(jù)解包后發(fā)送給接口層；提供接口層可以訪問的接口。在報文解析上，三個總線各不相同，需要針對驅(qū)動進行一定的裁剪和統(tǒng)一，比如EtherCAT支持多種通訊協(xié)議，如SERCOSonEtherCAT（SOE）、EthernetOnEtherCAT、CANOpenonEtherCAT（簡稱COE）、FileOnEtherCAT（FOE）。這里選擇Cia301為上層通訊協(xié)議。IEC61800-7-301對Cia301的映射有詳細(xì)描述，它包括對象字典、周期通訊對象PDO、非周期通訊對象SDO以及它們的鏈路定義等，這是統(tǒng)一應(yīng)用層協(xié)議Cia402的基礎(chǔ)。

接口層包括函數(shù)接口、對象集合和對象字典。函數(shù)接口用于實現(xiàn)對通信類型的設(shè)置，訪問協(xié)議層，進而進行通信參數(shù)的配置、對象字典的訪問與管理、對協(xié)議棧的狀態(tài)進行管理以及對同步中斷和異步中斷進行處理。對象字典主要分為IEC61800-7-301和IEC61800-7-201定義。

驅(qū)動應(yīng)用層位于接口層的上方，用于實現(xiàn)IEC61800-7-201協(xié)議。應(yīng)用協(xié)議的統(tǒng)一是驅(qū)動器集成多種工業(yè)總線的最終目的。IEC61800-7-201定義了驅(qū)動的10種工作模式、核心控制狀態(tài)機。其中同步周期位置/速度/轉(zhuǎn)矩模式為后來新增，由于Powerlink和EtherCAT接口的同步性較好，這些模式應(yīng)用廣泛。而CANOpen接口，因其通訊速度以及同步精度的原因，不適合同步周期模式，但可以用插補位置模式替換。各種模式均由主站配置使用。

2.2平臺搭建

本系統(tǒng)采用基于ZynQ硬件平臺搭建，如圖4所示。ZynQ是一款集成了ARMcortexA9和FPGA的芯片，比較適合做帶總線通訊的應(yīng)用。Powerlink與EtherCAT的網(wǎng)絡(luò)硬件可統(tǒng)一（均支持MII、RMII接口）。三種總線從站均采用FPGA實現(xiàn)。其中，CANOpen只用了FPGA中的軟核Microblaze，并未用FPGA資源；Powerlink則即使用FPGA實現(xiàn)OpenHUB轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)報文和OpenMAC管理MAC的功能，又使用軟核Microblaze實現(xiàn)報文解析；EtherCATIP則通過FPGA實現(xiàn)分布時鐘DC、地址映射管理FMMU、同步管理器SM等功能。各總線需要提供符合AXI的接口供ARM使用。

ARMCortexA9中，則包括：用來實現(xiàn)伺服應(yīng)用程序ServoApp；封裝隔離總線的接口層Interface；三種總線的庫如CANOpenLib等，則提供了協(xié)議棧相關(guān)的處理以及對FPGA接口的訪問。該方案可使用單芯片即實現(xiàn)了常用總線的集成并可根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用來切換。

3接口定義

根據(jù)以上技術(shù)方案，本節(jié)對接口層實施進行詳細(xì)說明。接口層是本方案的重要組成部分，可分為數(shù)據(jù)接口與函數(shù)接口。

3.1對象字典與對象集合

數(shù)據(jù)接口包括前述的對象字典和對象集合，對象集合是對象字典的實例。其中對象字典主要包括對象定義，如類型、索引、長度、讀寫屬性等。如前所述，包括Cia301和Cia402兩大類對象定義，前者和通訊參數(shù)、映射相關(guān)，后者和驅(qū)動應(yīng)用相關(guān)。IEC61800-7-301基于Cia301針對

CANOpen、Powerlink、EtherCAT總線分別提供了更具體的映射定義，如DeviceType定義、數(shù)據(jù)類型定義等。本文在實例化對象時，Cia301中的對象按三種總線中子索引最多的定義；Cia402對象則直接可以統(tǒng)一的。Cia402中的對象由主站決定哪些映射到PDO哪些可以被SDO訪問。

伺服驅(qū)動所用到的Cia402對象集合，如圖5所示，它不包含速度模式（VelocityMode）。對象字典定義為結(jié)構(gòu)體類型，其主要的大結(jié)構(gòu)體均參照Cia402中的分類。

其中，

（1）DeviceControl包含了控制字與狀態(tài)字，以控制設(shè)備的主狀態(tài)機；

（2）CSP_Mode為周期位置模式相關(guān)對象；

（3）CSV_Mode為周期速度模式相關(guān)對象；

（4）CST_Mode為周期轉(zhuǎn)矩模式相關(guān)對象；

（5）FactorGroup即比例因子的換算相關(guān)對象；

（6）GeneralInfo為伺服、電機信息的相關(guān)對象；

（7）HommingMode為回零模式相關(guān)對象；

（8）InterpolatedPostionMode為插補位置模式相關(guān)對象；

（9）PorfilePositionMode為輪廓位置模式相關(guān)對象，跟周期位置比，它還包含、軌跡控制和加減速控制；

（10）PositionControlFunction為內(nèi)部位置控制功能，對位置環(huán)加以檢測和限制。

（11）ProfileTorqueMode為輪廓轉(zhuǎn)矩控制，對轉(zhuǎn)矩加減速曲線控制；

（12）ProfileVelocityMode為輪廓速度控制，對速度曲線控制。

此外，需要在IEC61800-7-201中自定義對象(0x2000為起始地址)增加了通信類型對象、系統(tǒng)配置和同步延遲補償對象。系統(tǒng)配置對象主要有節(jié)點號(只Powerlink、CANOpen有用)、軟件版本號、VendorID、ProductID等。

3.2函數(shù)接口

函數(shù)接口對底層協(xié)議棧進行封裝管理，屏蔽驅(qū)動不用的接口，如Ethernet、SOE協(xié)議、FOE協(xié)議等，以及EtherCAT的自由運行模式等。并增加驅(qū)動同步接口。歸納并統(tǒng)一的驅(qū)動用到的接口（為簡化忽略數(shù)據(jù)參數(shù)）。

（1）CommHwInit()：負(fù)責(zé)通信類型設(shè)置，以及通信相關(guān)硬件的設(shè)定與初始化；

（2）CommStackInit()：負(fù)責(zé)協(xié)議棧初始化，比如對象字典、狀態(tài)機、通信相關(guān)參數(shù)的設(shè)定、伺服配置參數(shù)等；

（3）CommProcess()：維護協(xié)議棧狀態(tài)，如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機、SDO狀態(tài)機、出錯處理等；

（4）CommExit()：退出協(xié)議，清除資源；

（5）CommSyncHdl()：同步中斷；

（6）CommSyncCompensation()：同步中斷中告知驅(qū)動同步補償；

（7）CommPDOCallback()：同步中斷中交換生效周期性控制數(shù)據(jù)；

（8）CommAsyncHdl()：異步中斷，包含異步事件，如周期性控制數(shù)據(jù)就緒、非周期SDO事件；

（9）CommSDOCallback()：異步中斷中，非周期控制數(shù)據(jù)交換成功后的回調(diào)；

（10）CommState()：獲取通訊狀態(tài)。

實施時，CANOpen、Powerlink、EtherCAT均需要把上面的接口按照自己的協(xié)議和硬件實現(xiàn)一遍。驅(qū)動器整體初始化流程示意圖如圖6所示。首先通過接口CommHwInit初始化通信類型及相關(guān)硬件接口，使能同步中斷和異步中斷。接著，通過函數(shù)接口CommStackInit初始化協(xié)議棧相關(guān)參數(shù)、狀態(tài)、對象字典。然后，函數(shù)接口CommProcess在后臺周期性地執(zhí)行維護網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機，并等待中斷。主站可通過數(shù)據(jù)幀切換從站的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機、配置要使用的對象集合。若出現(xiàn)協(xié)議棧規(guī)定的應(yīng)用錯誤，則將錯誤的數(shù)據(jù)對象（0x603F對象）反饋給主站，從站進入相應(yīng)的Cia402狀態(tài)；若是通訊錯誤，則網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機退出操作狀態(tài)；若是無法恢復(fù)的系統(tǒng)錯誤，則需調(diào)用CommExit函數(shù)接口。

驅(qū)動需要通過CommState監(jiān)視通訊狀態(tài)。三種協(xié)議都有兩個核心狀態(tài)機，一個是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機，一個是Cia402應(yīng)用狀態(tài)機。它們的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)機由主站進行切換，包括4個主要狀態(tài)組成，如表1所示。應(yīng)用層的接口狀態(tài)則可簡化為初始化狀態(tài)、預(yù)操作狀態(tài)和操作狀態(tài)。驅(qū)動應(yīng)用層周期地查詢狀態(tài)，并做相應(yīng)的操作。初始化狀態(tài)可初始化協(xié)議棧，驅(qū)動應(yīng)用層可進行自身初始化并等待協(xié)議棧成功返回。在預(yù)操作狀態(tài)可通過非周期通信對驅(qū)動進行配置，在操作狀態(tài)時則可進行應(yīng)用層操作、運行驅(qū)動。通訊出錯時，若是操作狀態(tài)，則協(xié)議層切換狀態(tài)為非操作狀態(tài)，驅(qū)動應(yīng)用層檢測到變化則會進入應(yīng)用狀態(tài)機的錯誤狀態(tài)。SDO狀態(tài)機和出錯處理還是保留原來各協(xié)議棧自己的處理方法，但需要向驅(qū)動應(yīng)用層提供對象操作完成的事件和信息。

3.3同步及中斷處理

在多個軸通訊時，需要在通訊層將數(shù)據(jù)同步，然后將PWM輸出與通訊同步起來。如圖7所示，通訊中斷通常包含兩個中斷，一個是同步中斷，一個是異步中斷。PWM中斷是伺服控制電機的核心中斷，中斷優(yōu)先級最高，且周期最短，比如50us。通訊同步中斷周期長點，優(yōu)先級次之，周期較長如1ms。同步中斷用來將各個從站的數(shù)據(jù)同步。對于Powerlink總線和CANOpen總線而言，該信號由同步數(shù)據(jù)包（Powerlink中的SOC報文、CANOpen中的Sync報文）產(chǎn)生，對于EtherCAT總線而言是由分布時鐘DC產(chǎn)生，它由帶時間戳的報文調(diào)整。其中Powerlink和EtherCAT的通訊層同步精度<1μs。

異步中斷主要由一定的事件觸發(fā)，Powerlink、EtherCAT均可靈活配置，這里配置為典型的接收到數(shù)據(jù)的事件，即收到周期數(shù)據(jù)觸發(fā)異步中斷。

接口層中斷函數(shù)的處理，三種總線一致。主站下發(fā)數(shù)據(jù)時，從站在異步中斷中收到數(shù)據(jù)，若是周期數(shù)據(jù)（RxPDO）則放入應(yīng)用層緩沖區(qū)，否則提供非周期控制數(shù)據(jù)（SDO）并對驅(qū)動應(yīng)用層提供回調(diào)接口，告知驅(qū)動應(yīng)用層異步數(shù)據(jù)就緒；當(dāng)同步中斷到達(dá)時，將數(shù)據(jù)拷給應(yīng)用層并生效。從站上發(fā)數(shù)據(jù)時，則在同步中斷里，把反饋數(shù)據(jù)拷貝到協(xié)議棧緩沖區(qū)；協(xié)議棧在上發(fā)下一個數(shù)據(jù)幀時（EtherCAT的上發(fā)數(shù)據(jù)幀與下發(fā)數(shù)據(jù)幀可為同一幀）從協(xié)議棧緩存區(qū)中讀出該周期性反饋數(shù)據(jù)，并進行封裝處理后送到網(wǎng)絡(luò)硬件接口。

驅(qū)動器的驅(qū)動應(yīng)用層并不需要知道太多通信的細(xì)節(jié)，只需要在需要時調(diào)用上面的接口即可。實施時的中斷示意圖如圖8所示。

同步中斷信號到達(dá)時，系統(tǒng)進入中斷處理函數(shù)CommSyncHdl。為考慮通信中斷被PWM中斷打斷的情況，驅(qū)動應(yīng)用層需要在此通過CommSyncCompensation讀取同步補償值，該同步補償值即協(xié)議棧收到同步中斷信號的時刻與驅(qū)動器進入同步中斷服務(wù)程序的時刻之間的差值。驅(qū)動應(yīng)用層用該同步補償值調(diào)整PWM周期，以使同步中斷在PWM中斷的空閑時間的中間，同時該PWM中斷為整個電流環(huán)的起始周期。這樣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個軸的同步依賴于PWM中斷的同步，而PWM中斷又同步于通訊同步中斷函數(shù)，從而可以達(dá)到多軸的同步執(zhí)行。圖中，CommPDOCallBack負(fù)責(zé)同步交換數(shù)據(jù)。

異步中斷比同步中斷優(yōu)先級低，異步中斷數(shù)據(jù)幀到達(dá)時，進入異步中斷處理函數(shù)CommAsyncHdl，對異步事件處理，異步事件包括異步數(shù)據(jù)接收開始、接收完成等事件，異步數(shù)據(jù)接收完成修改Cia402對象，并調(diào)用CommSDOCallback通知驅(qū)動應(yīng)用層。

3.4實驗

平臺搭建：貝加萊控制器（Powerlink主站）、倍?？刂破鳎‥therCAT主站）、臺達(dá)控制器（CANOpen主站）分別連接6臺伺服，每臺伺服將PWM中斷從IO1引腳同步輸出。

以倍福控制器為例，在測試過程中，用示波器探頭分別測試伺服的IO1輸出，查看伺服PWM同步偏差，如圖9、圖10分別為2臺和6臺伺服驅(qū)動器的測試波形圖，每張圖的上部為PWM中斷，高電平為進入PWM中斷并處理，下部為上升沿放大后的圖形?？梢奝WM級別的同步分別為±200ns和±800ns。Powerlink總線和Canopen總線測試過程與之相同。

匯總測試數(shù)據(jù)如表2所示：

通過測試數(shù)據(jù)可以看出，在本方法下，所集成的三種工業(yè)總線的同步精度都達(dá)到了很高的水平，完全可以滿足工業(yè)級控制要求。也滿足6軸的工業(yè)機器人應(yīng)用。

4結(jié)論

在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的背景下，多種總線并存增加了驅(qū)動器網(wǎng)絡(luò)化的阻力，將多種總線集成到一個驅(qū)動器內(nèi)就顯得非常必要。本文在伺服驅(qū)動器中將常用的Powerlink總線、EtherCAT總線和CANOpen總線集成，使單一產(chǎn)品可以應(yīng)對多種主站控制器。在特定的應(yīng)用場合可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而能夠更加方便的完成控制任務(wù)。

本文提供基于IEC61800-7-301、IEC61800-7-201的統(tǒng)一架構(gòu)。也驗證了基于標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的伺服狀態(tài)機、各種模式控制的可行性。最終通過實驗證明，該面向驅(qū)動的架構(gòu)，具有很好的PWM同步性能。此技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

（1）針對Powerlink總線、EtherCAT總線和CANOpen總線采用了統(tǒng)一的對象字典與對象、提供了統(tǒng)一的函數(shù)接口，隔離了通訊協(xié)議；

（2）使得驅(qū)動器可以同時支持多種工業(yè)總線，擴展了應(yīng)用領(lǐng)域，并可加快開發(fā)流程，降低開發(fā)成本；

（3）基于標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)驅(qū)動器，驅(qū)動應(yīng)用層直接采用Cia402對象及狀態(tài)機作為其核心結(jié)構(gòu)，使得開發(fā)維護成本大大降低，可根據(jù)Cia402的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)做驅(qū)動的各種應(yīng)用，如狀態(tài)機、位置、速度、轉(zhuǎn)矩模式的運行，而不是只作為驅(qū)動的數(shù)據(jù)接口，從而規(guī)避了協(xié)議轉(zhuǎn)換的麻煩，同時傳輸效率更高；

（4）面向驅(qū)動器的應(yīng)用層提供了同步中斷處理和異步中斷處理的函數(shù)接口，支持多個驅(qū)動的同步；

（5）統(tǒng)一Powerlink總線和EtherCAT總線的網(wǎng)絡(luò)硬件接口，并驗證可行。從而可重用硬件接口。