CN100394410C - 网络总线用中继延伸器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于网络总线长度拓展的延伸器，它包括主CPU单元、状态指示单元、主电源回路、A通道信号处理、B通道信号处理和辅助电源及光电隔离回路，上述电路之数据传输按下述顺序进行：DeviceNet网络A网络段数据从A端口通过A通道信号处理、主CPU单元、B通道信号处理、B端口依次传输到DeviceNet网络段；反之亦然；实现了不同网段数据的透明传输；为了增大网络长度，缩短延时时间，该CPU内存储了自动波特率检测流程图，信号发送流程图，信号接收流程图以及中断流程图，上述流程构成的软件和硬件结合成功地解决了网络的延伸问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种DeviceNet总线用中继延伸器，更确切地说涉及一种基于CAN总线的开放式现场总线协议中继延伸的一种装置。
背景技术：
DeviceNet是一种基于CAN总线开放式现场总线协议，根据DeviceNet规定的波特率/网络距离关系，在最低波特率125kbps下传输最长距离为500M，这一段距离是能满足一般设备级控制系统，但是在一些特殊场合如水处理，远程监控等，这500M距离是不够的，必须采用网络延长方案。
目前，国内外DeviceNet总线的网络中继延伸，采用以下三种方案。
1、直接对CAN信号中继放大。就是在DeviceNet网络中继点加装两只由CAN收发器芯片组成的信号中继器，CAN信号经过简单“接受再发送”，可以减弱传输中的干扰信息，同时保证CAN信号的幅值。其缺点是不能起到有效延伸长度的作用。
2、插入第三方总线协议方式。就是在DeviceNet网络中继点插入一对收发器，将DeviceNet总线的报文变换第三方总线协议来传输，如以太网、485网络，例如，美国科动公司的DeviceNet延伸器。采用这种方案不但需要成对的中继器，而且是以破坏网络的一致性和实时性为代价获得网络延伸。
3、采用CAN报文快速转发方式。
是在CAN网络中继点加装由一个智能芯片和两套CAN控制器芯片组成的信号中继器，CAN信号经过智能芯片的信息处理、将需要中继的信令进行重新发放。这种做法优点是保证了CAN报文的完整性，能根本上解决距离问题，加装一个中继器就可以成倍延伸网络距离。但是该种方案实现起来具有一定难度，一是需要准确获得网络的波特率，二是需要快速的CAN报文处理速度。
国外的InterlinkBT公司的REP-DN，还有WrcakRon公司的WRC-CANX都是采用这一方案的DeviceNet中继延伸器。但这些产品在国外尚处于研究测试阶段，正式产品尚未在市场出现，在国内处于技术封锁状态。
发明内容：
本发明的目的是提供一种有效解决网络波特率自动识别和CAN报文高速处理机制的DeviceNet网络延伸器，该延伸器既可以在相同波特率的情况下网络传输距离成倍延伸，又可实现中继网络节点的报文全透明传输，同时还能在不同波特率网络实现报文全透明传输。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：包括DeviceNet波特率快速识别，优化中继报文收发机制。具体地说其电路a.两端网络有独立的收发网络，保证了网络数据从A通道传输到B通道，与从B通道传输A通道的数据处理完全独立而且传输的信号相同；对于A端口、B端口具有独立的网络判断。
在CAN网络中继点加装一个单片和两套CAN控制芯片组成信号中继器，信号经过智能芯片的信息处理，将总线信号重新发放。为了实现上述运行，该延伸器的主CPU单元中固化了下述程序，包括波特率自动检测流程图、信息发送流程图、信息接收流程图、中断响应流程图，这些流程组成的软件优化了中继报文收发机制。
本发明的效果：采用本发明的电气线路形成的延伸器产品不但硬件设计简单，功能优异，其软件也优化了中继报文收发机制，为现场总线设备领域增添了一个优异产品，具有明显的经济效益。
附图说明：
图1为本发明的延伸器的电气原理框图；
图2为图1的电气原理框图线路原理图；
图3为本发明的波特率自检测流程图；
图4、图5为信息发送、信息接收流程图；
图6为中断响应流程图。
以下结合图1-图6对本发明作进一步说明，但附图并不构成对本发明的限制。
具体实施方式：
如图1所示，该DeviceNet网络延伸器中，包括一主CPU单元1、状态指示单元2、主电源回路3、A通道信号处理4、B通道信号处理5和辅助电源及光电隔离回路6。上述电路之间数据传输以主CPU单元为中心而进行的。
DeviceNet网络将信号从A端口通过A通道信号处理4、主CPU单元1、B通道信号处理5、B端口依次传输到DeviceNet网络；反之亦然。
所述的主CPU单元1，选用的SST89E554RC2是分频模式，ISP下载，有1K存储RAM。因为该主CPU有较快的处理速度及大的缓存，并有利于升级需要。
如图2所示，它是图1框图的具体线路原理图。
网络延伸器要解决传输的距离问题，这就引出一个中继的问题。由于网络传输距离不够长的原因不是因为CAN信号的幅值，而是随着网络电缆长度的增加导致的位延时，对于CAN信号来说随着波特率的提升，传输线路增长，位延时就增加，所以只有中继才能解决问题。
如图3所示，这是自动波特率检测流程图。设置该流程方案的原因是：在保证中继器在网络上电以前已经加入网络，网络节点都会有自检和应答信息，给自动波特率提供了较好机会。通过软件方式检测网络波特率。在启动时。先将波特率设置成125K模式，同时允许接收和错误中断。如果在CAN总线上产生错误，软件就将波特率设成较高的波特率。在连续2条信息成功地接收后，SJA1000已检测到正确的位速率，而且能转向正常工作模式，此时，这个节点上能像系统其他激活的CAN节点一样工作了。
如图4所示，这是本发明的信息发送流程图。根据CAN协议规约，信息发送由CAN控制器SJA1000独立完成。CPU必须将要发送的信息传送到发送缓冲器，然后，将命令寄存器的发送请求标志置位。为了节省CPU的时序，在主程序中，建立FIFO数据缓冲区，同时设置1个发送指针和接收指针，两个标志：一个“空”和一个“不空”标志，一个存储“溢出”标志，再加上一个存放数据的计数器。
接收指针用于标志接收数据第一个数据的存放位置，当存放一帧数据，指针加1，计数器加1：当发送一帧信息，发送指针减1，同时存放计数器减1。接受收指针和发送指针的值具有保护功能。当数据指针值跳变时，存储“溢出”标志位置。
在整个信息发送程序中，数据发送采用查询方式。每发送一帧信息，首先要查询发送缓冲器的状况。只有当发送网络没有故障时，才进行发送，有效避免了“独立节点”的网络故障状态。
如图5所示，这是本发明的中断接收的信息流程图。
由于SJA1000的多接收缓存FIFO结构特点，对于有效信息，控制器可以完成对信息的实时接收。但是CPU对信息的处理时为了节省时序，则采用中断方式。每接收到一帧信息，就可以产生外部中断0和外部中断1。
中断接收流程如下：
以A端口为例：如CAN接收中断？是，则到A缓存器，如有空间，便将接收缓存内容拷贝到发送暂存区RAM，刷新暂存区参数，再刷新缓存指针和标志，如果接收缓存区有空间便进入其他中断信息的检测。如果CAN不能接收中断便进入其他中断信息的检测；如果到A缓存没有空间，暂时关闭A口中断响应，进入其他中断信息的检测；如果接收缓存区没有空间，便重新返回A缓存区。
如图6所示，这是本发明的中断响应程序中断响应流程图。
在PeliCAN模式里SJA1000有8个不同的中断源，一旦CAN出现中断，SJA1000会将中断输出管脚16设为低电平，直到CPU通过读取SJA1000的中断寄存器，对中断采取相应的措施。
为断响应程序的流程识别顺序：
从SJA1000接收到外部中断→读SJA1000的中断寄存器，暂时保存寄存器里的值→(只听模式)中断处理过程：总线错误处理波特率自动检测→中断处理过程：接收信息→中断处理过程：错误警告处理防止总线关闭，复位→中断处理过程：错误消极处理如果发送错误计数大于127则中山当前发送，直到有接收中断→中断过程结束。
综上所述，该网络延伸器从电路本身它具有独立的收发网络，保证了从A到B端的传输和从B到A端的传输完全等同；对于A端和B端，它有独立的网络判断。若从软件来说，从主站方向来看，从上向下看象似一根电缆，不增加节点，也不减少节点，信号有完整性，不影响实时性。
Claims (3)
1.一种网络总线用中继延伸器，其特征在于：该延伸器包括A端口、B端口、主CPU单元(1)，状态指示单元(2)，主电源回路(3)，A通道信号处理(4)，B通道信号处理(5)和辅助电源及光电隔离回路(6)，上述该延伸器所包含的各部件之间的数据传输，以主CPU单元(1)为中心进行的；
主电源回路(3)分别连接主CPU单元(1)、A通道信号处理(4)，B通道信号处理(5)；辅助电源及光电隔离回路(6)连接B通道信号处理(5)；主CPU单元(1)连接状态指示单元(2)；
其信号传输的顺序是：DeviceNet网络将信号从A端口通过A通道信号处理(4).主CPU单元(1)、B通道信号处理(5)、B端口依次传输到DeviceNet网络；反之，DeviceNet网络从B端口通过B通道信号处理(5)、主CPU单元(1)、A通道信号处理(4)、A端口依次传递到DeviceNet网络；
在主CPU单元(1)里存储了下述程序：
独立检测到两端网络正确位速率的自动波特率检测程序；
接受中断的信息接收程序以及中断响应程序。
2.如权利要求1所述的中继延伸器，其特征在于：所述的主CPU单元(1)选用的是SST89E554RC，其为2分频模式，支持ISP下载，具有1K存储RAM的单片机。
3.如权利要求1所述的中继延伸器，其特征在于：所述的主CPU单元(1)中存储的信息接收程序，采用的中断方式，按中断接收的流程进行。
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