CN101427522A - 接口单元和具有主从结构的通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有主从结构的通信系统，其中主控单元借助于由第一通信路径和第二通信路径所组成的相逆意义上的双环结构而串联连接到许多从属单元，所述通信系统具备接口单元，其具有第一切换单元，所述第一切换单元经设计以在单独相逆意义上的方向上在所述第一通信路径和所述第二通信路径上传输从所述主控单元中的传输器接收的信息信号。在所述接口单元中提供第二切换单元，其经设计以将在所述第一通信路径和所述第二通信路径上在相逆意义上运行的所述信息信号两者转发到所述主控单元的接收器单元。

Description

接口单元和具有主从结构的通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于具有主从结构的通信系统的接口单元，其中所述接口单元借助于相逆意义上的(contra-sense)双环结构来将多个从属单元彼此连接，本发明也涉及一种具有主从结构的通信系统。

背景技术

在生产和自动化技术中，越来越多地使用串行总线系统，其中机器外围设备的远程布置装置(例如I/O模块、变换器驱动器、阀和操作者终端)经由有效的实时通信系统而与自动化、工程设计和视觉显示系统通信。在此布置中，所有用户经由串行总线或优选地经由现场总线而联网，经由总线的数据交换通常基于主从原则来实行。

总线系统上的主动总线用户(即，控制装置)通常拥有总线接入权限，且确定所述总线上的数据传送。主动总线用户被称为串行总线系统中的主控单元。相反，被动总线用户通常是机器外围装置。其未收到总线接入权限，即仅允许其知道所接收的信息信号或在主控单元请求下将信息信号传送到主控单元。被动总线用户被称为串行总线系统中的从属单元。

为了避免复杂的布线，通常将具有主从结构的现场总线系统布置成环形拓扑，所有总线用户均连接到环形传输路径。主控单元所产生的信息信号由主控单元馈入到环形传输路径，并相继传递穿过串联连接到环形传输路径的从属单元，且接着再次由主控单元接收并评估。主从系统还可设计为有多个主控单元的系统。

通常，主控单元优选使用以太网标准将信息信号组织成由控制数据和有用数据所组成的数据包，所述以太网标准用于长度多达1500字节且同时传输速度可高达100兆位元/秒的数据包。当主控单元所馈入的以太网消息在环形传输路径上通过时，连接到环形传输路径的每一从属单元与以太网消息交换针对所述从属单元的有用数据。

通常，具有环形结构的主从通信系统以使得主控单元具有作为数据注入点的传输单元和作为数据提取点的接收单元的方式配置。各个从属单元于是在传输路径上连接在一起以形成链，其中每一用户连接到两个相邻用户，且所述链中的第一和最后用户连接到主控单元。数据包在一个方向上传输，从主控单元开始经由其传输单元到达第一连接的从属单元且从此处到达下一从属单元，直到已到达链中的最后从属单元为止，然后回到主控单元的接收单元。每一从属单元具有带有接收单元的接口以用于从先前用户接收循环的数据包，且具有带有传输单元的接口以用于转发到随后用户，处理单元布置在接收单元与传输单元之间以便处理通过从属单元的数据包，即与数据包交换分配给从属单元的有用数据。

本文中，具有主从结构的环形通信系统经常以这样的方式设计：使得主控单元形成物理线路，其中从属单元布置在所述物理线路处，传输介质具有双线结构且每一从属单元具有带有经组合的传输/接收单元的两个端口，传输和接收单元在传输链中的最后从属单元的输出端口中短路。主控单元经由其接收单元注入到第一线路中的数据包在前向路径上由从属单元处理，然后就经由第二线路在返回路径上仅转发到主控单元的接收单元。

主从通信系统的主要要求，尤其是在用于生产和过程自动化时，是高度容错性，也就是说，通信系统即使发生错误也能维持所要求的功能(即，例如工件生产)的能力。在此情况下，通信系统中必须在无损过程的情况下克服的错误除了数据包中的错误外还有整个传输链路的故障，尤其是例如因传输介质的物理分离导致的故障。

为了实现容错性主从通信系统(尤其是在链路错误的情况下，即在整个传输部分发生故障的情况下)，频繁地使用相逆意义上的双环结构。因此，在US4,663,748中描述具有主从结构的通信系统，在所述系统中主控单元经由在相逆意义上的方向上操作的两个通信路径而串联连接到多个从属单元，其中主控单元同时在两个通信路径上发送出数据包。从属单元于是具有两个处理单元，其在每一情况下均连接在所述两个通信路径之间以便处理通过的数据消息。此外，可激活的耦合单元布置在用户中，使得当发生链路错误时，例如在通信线路中发生间断时，其通过监视两个传输环上的信号且相应地转接通信系统来重新配置通信系统，以此方式来防止产生因通信系统的较大部分的链路错误所引起的故障乃至总体故障。

在DE 103 12 907 A1中，还提议以这样的方式配置从属单元：使得在每一通信路径上，在数据传输方向上，首先布置处理单元，接着布置具有两个输入端和一个输出端的多路复用器。多路复用器将其输入端在每一情况下连接到从属单元的两个处理单元，且将其输出端连接到相关联的通信路径。在无错误的正常操作中，所述两个多路复用器中的每一者接到布置在相关联的通信路径上的处理单元。然而，在错误模式下，当在相关联的通信路径上发生链路错误时，则接到另一通信路径上的处理单元。从属单元的这种设计使得能够在错误情况下基本上实时地重新配置通信系统。

具有双环结构的容错性主从通信系统造成主控单元的高度硬件和切换复杂性且因此显著增加成本，在所述系统中主控单元包含两个相应的传输和接收单元(其分别包含对应的传输器或接收器)，以及相关联的控制单元，以便将数据包输出到两个通信路径。这也适用于从属单元，其每一者包含两个处理单元以用于处理通过的数据包。此外，在正常操作中，每一从属单元必须决定通过所述两个处理单元的所述两个数据包中哪一数据包将用于装置控制，这在很大程度上限制了以所需的高数据传输速率使用此类通信系统。另外，已知的具有双环拓扑的容错性通信系统要求主控单元单独地对链路错误做出响应且从正常模式切换到错误模式。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于具有主从结构的通信系统的接口，其用于经由双环结构而将主控单元串联连接到多个从属单元，也提供一种相应的通信系统，其特征在于最小的硬件和切换复杂性和在双环拓扑中发生链路错误的情况下实时进行重新配置的可能性。

根据本发明，提供一种用于具有主从结构的通信系统的接口，其经由相逆意义上的双环结构而将主控单元串联连接到多个从属单元，所述双环结构由第一通信路径和第二通信路径构成。所述接口单元进而包含第一切换单元，第一切换单元的输入端连接到主控单元的传输单元，第一切换单元的第一输出端连接到第一通信路径，且第一切换单元的第二输出端连接到第二通信路径，所述切换单元经配置以将主控单元的传输单元所接收的信息信号输出到第一通信路径且输出到第二通信路径以用于单独相逆意义上的传输。此外，接口单元提供第二切换单元，第二切换单元的第一输入端连接到第一通信路径，且第二切换单元的第二输入端连接到第二通信路径，且第二切换单元的输出端连接到主控单元的接收单元，所述第二切换单元经配置以将在相逆意义上的方向上而在第一通信路径和第二通信路径上循环的所述两个信息信号转发到主控单元的接收单元。

借助于具有双环拓扑的容错性通信系统中的主控单元与从属单元之间的接口的此发明性布置，可显著降低硬件和软件复杂性且因此降低成本。通过使用以所述发明性方式配置的接口单元，可使用常规的主控单元，正如其在单环结构中使用那样，且其即使在双环结构中也仅包含一个传输和接收单元。所述发明性接口单元确保，即使借助于针对单环结构构思的主控单元，数据包也可在双环结构的两个相逆意义上的通信路径上循环。

根据优选实施例，所述接口单元进而以这样的方式智能式配置：使得其复制主控单元的传输单元所接收的信息信号以供在双环结构的第一通信路径和第二通信路径上进行单独相逆意义上的传输。通过在两个相逆意义上的通信路径上传输两个相同的数据包，在双环结构内实现相对于链路错误的高度容错性。

这也适用于第二优选实施例，其中接口单元的第一切换单元以这样的方式配置：使得在主控单元的传输单元所接收的信息信号内评估地址信息，以便在第一通信路径和第二通信路径上交替地传输信息信号。此配置允许两个相同且因此冗余的信息信号在相逆意义上的方向上通过双环结构，因此确保高度容错性。

根据另一优选实施例，接口单元的第二切换单元经配置以评估在第一和第二通信路径上循环的两个相逆意义上的信息信号。这以容易的方式确保通信系统的性能，尤其是在冗余的情况下，即如果由于链路故障而重新配置通信系统且将各个从属单元切换到故障模式的话。

或者，然而，接口单元的第二切换单元还可以这样的方式配置：使得在第一通信路径和第二通信路径上接收到的两个数据包被相继转发到主控单元的接收单元以供评估。当发生故障时，接着将通过在主控单元内进行评估而非在接口单元内进行评估以实现冗余。进而，优选的是接口单元的第二切换单元包含FIFO机制，以便因此避免相继反馈到主控单元的信息信号发生碰撞。

根据本发明，借助于主从结构的通信以这样的方式进行配置：使得主控单元包含传输两个信息信号的传输控制单元，所述信息信号具有相同的数据字段，其可包含用于每一连接的从属单元的相关联数据区域，且所述信息信号还具有经由主控单元的传输单元到达接口单元的第一切换单元的不同地址字段。接口单元的第一切换单元进一步以这样的方式进行配置：使得基于地址字段的内容，在第一通信路径上输出一个信息信号，且在第二通信路径上输出另一信息信号。在布置于双环结构内的每一从属单元中，提供可激活的耦合单元，其在正常模式下将处理单元的输入端连接到第一接收单元，将处理单元的输出端连接到第一传输单元，且将第二接收单元连接到第二传输单元。在第一传输单元和/或第二接收单元内发生错误的情况下，则将处理单元的输入端连接到第一接收单元且将处理单元的输出端连接到第二接收单元。另一方面，在第一接收单元和/或第二传输单元中发生错误的情况下，则将处理单元的输入端连接到第二接收单元且将处理单元的输出端连接到第一传输单元。此外，每一从属单元的处理单元以这样的方式进行配置：使得在处理通过的信息信号期间，处理关联到所述从属单元的数据区域。在接口单元的第二切换单元中，在相逆意义上的方向上传递的两个信息信号被相继地转发到主控单元的接收单元，主控单元的接收控制单元经配置以叠加从接收单元接收的两个信息信号的数据字段。借助于此布置，以简单的方式形成高度容错性通信系统，因为在发生链路错误时，可通过在邻近从属单元中改变数据包的路径来快速地重新配置通信系统，在主控单元的接收控制单元内通过的两个冗余数据包经叠加以便可靠地避免损失信息，即使在故障操作时也是如此。

或者，也可通过使用智能接口来实现通信系统中的此容错性，所述智能接口复制主控单元的传输单元所接收的信息信号，通过的两个数据包在由接口单元接收到时经叠加以便因此可靠地在从属单元的故障模式期间避免损失数据。

为了监视通信系统是否为无故障的，尤其是在已经发生链路错误之后重新配置通信系统期间，根据优选实施例，信息信号包含额外的计数器字段，其已设定为预定值，所述计数器字段在通过时由从属单元的处理单元以预定值修改。接口单元的第二切换单元或者主控单元的接收控制单元将在相逆意义方向上通过的两个信息信号的计数器字段的值相加。通过评估此值，于是可分别确定是否已在通信系统中发生链路错误或从属单元是否已发生故障。

附图说明

图1为通过附图说明本发明，其中：

图1是具有主从结构的发明性通信系统的示意图，其中在串联连接于双环结构内的主控单元与从属单元之间提供接口单元，其中

图1A展示正常模式，

图1B展示在发生链路错误时的第一通信系统重新配置，且

图1C展示在从属单元发生故障的情况下的第二通信系统重新配置；以及

图2展示根据本发明的从属单元的示意图。

具体实施方式

在自动化技术中，越来越多地使用现场总线系统，其中以分布式方式布置的机器外围设备的装置经由现场总线而与自动化、工程设计和视觉显示系统通信。通常，现场总线系统具有串联总线，其可例如为电线、光学波导或无线电光缆。所有总线用户接着连接到此现场总线，在主动总线用户与被动总线用户之间作出区别。现场总线系统上的主动总线用户是确定总线上的数据业务的主控单元。此主控单元是例如工业PC，其在生产过程中用作过程控制计算机。此主控单元具有总线接入权限，且可在没有外部请求的情况下向现场总线输出数据。总线系统上的被动总线用户是外围机器装置，例如I/O装置、阀、驱动器和变换器。其用作从属单元且不会获得总线接入权限，即仅允许其知道所接收的信息信号或在主控单元的请求下向主控单元传输信息信号。

在主从系统中用于数据传输的通信标准优选是以太网概念。在以太网通信系统中，待传输的数据被包封在具有预定格式的数据包中，所述数据包在其它文本中也称为消息。以太网消息可具有多达1500字节的数据长度，其除了有用数据以外还含有控制数据，所述控制数据具有开始识别符、目的地和源地址、数据包类型和错误机制。

具有主从结构的以太网通信系统优选地以这样的方式进行设计：使得各个从属单元经由传输介质连接在一起以形成链，每一从属单元连接到两个相邻从属单元，且所述链中的第一和最后用户连接到主控单元，从而获得环形结构。在此布置中，在一个方向上传输数据，从主控单元开始到达第一邻近从属单元且从此处到达下一从属单元直到最后的从属单元，然后返回到主控单元。

为了确保高度容错性(尤其是在通信系统中发生链路错误的情况下，即具有从属单元的整个传输部分发生故障，例如由于电缆断裂)，具有主从结构的通信系统经常具有两个通信路径，其在彼此相逆意义上的方向上进行操作。由于以相逆意义上的操作的双环结构，在链路错误的情况下可在通信系统中实行重新配置措施，以便即使在链路错误的情况下也能维持通信系统的性能。

图1以基本电路图展示根据本发明实施例的此容错性通信系统。所述通信系统包含主控单元1，其经由具有双环结构2的接口单元4而串联连接到N个从属单元3。双环结构2包含两个单向通信路径21、22，其在相逆意义上的方向上通过相关联的从属单元3。

接口单元4包含第一切换单元41和第二切换单元42。第一切换单元41经由输入端411而连接到主控单元1的传输单元TX11。第一切换单元41的第一输出端412连接到第一通信路径21，且第一切换单元41的第二输出端413连接到第二通信路径22。接口单元4的第二切换单元42经由第一输入端421而连接到第一通信路径21，且经由第二输入端422而连接到第二通信路径22。接口单元4的第二切换单元42的输出端423连接到主控单元1的接收单元RX12。主控单元1的传输单元11经由第一控制线路15而连接到传输控制单元16。接收单元12经由第二控制线路17而连接到接收控制单元18。

每一从属单元3包含包括第一接收单元RX31的接口以用于经由第一通信路径21而从先前用户接收以太网消息，和带有第一传输单元TX32的接口以用于经由第一通信路径21而转发到下一用户。此外，每一从属单元3包含带有第二接收单元RX33的接口以用于经由第二通信路径22从先前用户接收循环的以太网消息，和带有第二传输单元TX34的接口以用于转发到下一用户。在每一从属单元3中，处理单元35和可激活的耦合单元37此外连接在第一接收单元RX31、第二接收单元RX32、第一传输单元TX33和第二传输单元TX34之间。

图2中更详细展示从属单元3的基本电路图。在从属单元3中，连接到第一通信路径21的第一接收单元RX31和连接到第二通信路径22的第二传输单元TX34经分组为端口0。连接到第二通信路径22的第二接收单元RX33和连接到第一通信路径21的第一传输单元TX32组织为端口1。

可激活的耦合装置37包含第一转换切换器38和第二转换切换器39，其分别被设计为2-1多路复用器。接收和传输单元31、32、33、34、可激活的耦合单元37的多路复用器38、39和处理单元35在此布置中由线路网络40以图2中由箭头所示的方式互连。

第一接收单元RX31的输出端连接到第一多路复用器38的第一输入端。第一多路复用器38的第二输入端连接到第二接收单元RX33。第一多路复用器38的输出端此外连接到处理单元35。第二多路复用器39又通过其第一输入端连接到第二接收单元RX33，且通过其第二输入端连接到处理单元35的输出端。第二多路复用器39的输出端连接到第二接收单元TX34。此外，处理单元35的输出端经由线路网络40而连接到第一传输单元TX32。

在如图1A所示的通信系统的无故障正常模式期间，将相同的以太网消息分别输出到第一通信路径21和第二通信路径22。在此过程中，所述消息在相逆意义上的方向上通过所连接的从属单元3，从属单元3中的所有可激活的耦合单元37以这样的方式连接：使得处理单元35的输入端连接到第一接收单元RX31，处理单元35的输出端连接到第一传输单元TX32，且第二接收单元RX33连接到第二传输单元TX34。

在从属单元3的此操作模式中，可激活的耦合单元37提供：在相逆意义上的方向上在第一通信路径21和第二通信路径22中循环的两个相同消息总是以这样的方式通过从属单元：使得只有经由第一通信路径21传输的消息由处理单元35处理。另一方面，在第二通信路径22上循环的消息只是通过从属单元3转递。

在所述发明性布置中，在无故障正常模式期间，可被激活且由两个2-1多路复用器38、39所构成的耦合单元37以这样的方式受到控制：使得在同时但在相逆意义上的方向上而在两个通信路径21、22上循环的两个相同消息中，总是只有在第一通信路径21上的消息被转发以供由从属单元3的处理单元35处理。通过第二通信路径22的消息经提供以用于冗余且在不被修改的情况下被反馈。

包含主从结构的发明性通信系统具有在各个从属单元中重新配置通信路径以便维持整个通信系统的性能的能力，在所述系统中，从属单元经由接口元件和在相逆意义上的方向上操作的两个双环结构而串联连接到主控单元，在失调的情况下，即在发生链路错误时，在每一从属单元3中仅提供单个处理单元35。

图1B展示从属单元M和从属单元M+1之间的双链路错误。图1C表示从属单元M的完全故障，其相当于发生两个双链路错误，即从属单元M-1与从属单元M之间和从属单元M+1与从属单元M之间的错误。当发生此双链路错误时，从属单元3的可激活的耦合装置37以这样的方式寻址：使得在每一情况下，在第一通信路径21或第二通信路径22上到达的消息在另一通信路径上被反馈到主控单元1，消息总是首先通过从属单元3的处理单元35。

在从属单元M与从属单元M+1之间发生双链路错误的情况下，如图1B所示，这以这样的方式发生：使得从属单元1到M-1和M+2到M处于正常模式，而从属单元M和M+1经重新配置。在图1C所示的错误情况(其中从属单元M完全故障)下，从属单元1到M-2和从属单元M+2到M处于正常模式。相反，从属单元M-1和M+1经重新配置。

本文中，优选地通过从属单元3中的两个端口0和1来触发所述重新配置。这两个端口0和1借助于已知的检测过程而检测所述从属单元是否可与邻接的从属单元通信。如果端口0或端口1检测到链路错误，那么实行对应的错误模式且以所需方式来寻址所述从属单元的可激活的耦合装置34。

在从属单元M中发生图1B所示的双链路错误且在从属单元M-1中发生图1C所示的装置故障的端口1的错误模式的情况下，可激活的耦合装置37以这样的方式寻址：使得处理单元35的输入端连接到第一接收单元RX31，且处理单元35的输出端连接到第二传输单元TX34。在第一通信路径21上循环的消息因此经由处理单元35而反馈到第二通信路径22。在从属单元3中的图2所示的可激活的耦合装置37在具有第一多路复用器38和第二多路复用器39的设计的情况下，这以这样的方式发生：使得第二多路复用器39的第二输入端连接到其输出端。另一方面，第一多路复用器38保持处于正常模式。

在从属单元3中的端口0的错误模式的情况下，即在第一接收单元RX31和/或第二传输单元TX34检测到到达邻近从属单元的通信路径发生中断(这可在从属M+1中发生图1B所示的双链路错误且在从属M+1中发生图1C所示的装置故障的情况下发生)时，从属单元3中的可激活的耦合装置37以这样的方式被驱动：使得处理单元35的输入端连接到第二接收单元RX33且处理单元35的输出端连接到第一传输单元TX32，致使在第二通信路径22上通过的消息在处理单元35中处理之后而在第一通信路径21上反馈。在可激活的耦合装置35的图2所示的实施例中，这以这样的方式发生：使得第一多路复用器38将其第二输入端切换到其输出端，而第二多路复用器39保持处于正常模式。

因此，根据本发明的程序允许在链路错误的情况下，借助于双环结构的帮助和可激活的耦合装置而以简单的方式在仅具有一个处理单元的从属单元中进行通信系统中的重新配置措施，以便确保通信系统的性能，从属单元在冗余情况下相对于消息处理的行为与在正常模式下并无差异。

除了图1B和1C所示的双链路错误(其中通往邻近用户的两个通信路径均被中断)以外，根据本发明的程序还允许检测单链路错误(其中只有一个通信路径被中断)并通过相应地重新配置与错误位置邻接的用户来维持通信系统的性能。

在从属单元3中，还总是提供仅一个处理单元35，使得在与具有两个处理单元的从属单元相比时，无需决定哪个处理单元负责消息处理。

为了以低硬件费用实现通信系统的高容错性(尤其还在主控单元1中)，在第一通信路径21和第二通信路径22上在相逆意义上循环的消息的处理以这样的方式实行：使得在无错误的正常模式期间的处理不会显著不同于在错误模式的情况下的处理，其中在链路错误的情况下，通过重新配置各个从属单元来维持通信系统的性能。从属单元可以根据本发明的方式来设计。然而，还有可能使用具有不同切换配置的从属单元，其可用作具有双环结构的主从系统的部分。

根据本发明，另外有可能使用仅包含一个传输单元TX11和一个接收单元RX12的主从单元1，正如其还用于单环结构的操作中那样，用于控制容错性双环结构。这通过插入发明性接口单元4来实现，所述接口单元4的第一切换单元41经配置以分别经由第一输出端412和第二输出端413来将主控单元1的传输单元TX11在相逆意义上的方向上经由输入端411所接收的消息而输出到第一通信路径21或第二通信路径22。接口单元4的第二切换单元42又以这样的方式配置：使得将经由第一输入端421从第一通信路径21所接收和经由第二输入端422从第二通信路径22所接收的相逆意义上的消息在经由输出端423而转发到主控单元1的接收单元RX12。

为了实现高容错性，根据本发明，将相同消息输出到第一通信路径21以及第二通信路径22。根据实施例，这通过主控单元1的传输控制单元16传输具有相同数据字段的两个消息来实现，所述数据字段包括用于每一连接的从属单元的相关联数据区域，和经由传输单元TX11到达接口单元的第一切换单元41的不同地址字段。接口单元4的第一切换单元41接着以这样的方式配置：使得基于地址字段的内容，将一个消息输出到第一通信路径21且将另一消息输出到第二通信路径22。进而，在最简单的情况下，地址字段可为1位字段，其中两个通信路径21、22分别由“0”或“1”表征。

在消息通过的同时，从属单元3的处理单元35接着处理与相应从属单元相关联的数据区域，处理单元35在正常模式下以及在故障模式下仅以上述发明性方式来处理在相逆意义上循环的两个相同消息之一中的相关联数据区域。

接口单元4的第二切换单元42则以这样的方式配置：将在相逆意义上的方向上通过第一通信路径21和第二通信路径22的两个消息转发到主控单元1的接收单元RX12。出于此目的，接口单元4的第二切换单元42优选地包含FIFO机制，其中馈入经由两个输入端421、422所接收的消息。接着将所述两个消息经由接口单元4的输出端423从FIFO机制转发到主控单元1的接收单元RX12。通过使用FIFO机制，防止了在将消息反馈到主控单元1期间可能发生的碰撞。在主控单元1中，将两个接收的消息转发到接收控制单元18且在其中进行叠加以便产生单个消息。这优选地通过对所述两个消息的有用数据逐位进行“或”运算来实行。

或者，还有可能以智能方式配置接口单元4。在此情况下，在第一切换单元41中加倍由传输控制单元16经由传输单元TX11而施加到接口单元4的消息，且接着在第一通信路径21上输出一个消息，并在第二通信路径22上输出另一消息信号。从属单元3中的处理单元35接着处理所述两个循环消息之一中的相关联数据区域。接着经由接口单元4的第二切换单元42的第一和第二输入端421、422来接收所述两个消息，并将其叠加。这又优选地通过对所述两个消息的有用数据逐位进行“或”运算来实行。将所得消息经由输出端423而从第二切换单元42转发到主控单元1的接收单元RX12，主控单元1又将所述消息施加到接收控制单元18以供评估。

为了确定通信系统中的失调，尤其是在发生链路错误或从属单元的总体故障时而分别地通过将各个从属单元切换到故障模式来重新配置通信系统时，循环消息另外包含计数器字段，对其值进行评估(优选相加)以便确定通信系统的操作状态。所述两个循环的相同消息如上文解释由主控单元1的传输控制单元16所产生并具备地址字段(基于所述地址字段，接口单元4的第一切换单元41将所述一个消息输出到第一通信路径21且将另一消息输出到第二通信路径22)，或者所述消息由接口单元4的第一切换单元41通过复制从主控单元所接收的消息来产生并输出到第一通信路径21和第二通信路径22以供单独相逆意义上的传输，所述两个消息在计数器字段中包含预定值。此外，从属单元3的处理单元35以使得当消息通过时用预定值改变计数器字段的值的方式配置。

随后，当接口单元4的第二切换单元42将两个接收到的消息仅转发到主控单元1时，在主控单元1的接收控制单元18中评估所述两个消息的计数器字段的相应值。通过简单地使两个值相加，可确定所有连接的从属单元是否为活动的。或者，有可能在接口单元4的智能配置中，如果已经在第二切换单元42中对所接收的消息进行了“或”运算，则在接口单元4的第二切换单元42中优选地通过相加来实行所述两个消息的计数器字段的合并。接着将相加的值连同经过“或”运算的消息传输到主控单元1以供评估。

作为初始值，优选将两个消息的计数器字段设置为0。在消息通过从属单元3的同时，每一处理单元35接着将所述值增加预定值，例如值1。由于借助于从属单元的发明性配置，在正常模式下以及在故障模式下只有一个消息可由处理单元35处理，所以计数器字段的相加值可指示活动从属单元的数目。因此，可确定所有相关联的从属单元是否为活动的，或是否已发生例如由双链路错误所造成的从属单元的总体故障，如图1C所示。此外，通过基于相关联从属单元的已知数目来比较所述两个计数器字段中的值，可确定链路错误的确切位置，例如发生在图1B中在从属单元M与从属单元M+1之间。

此外，尤其是在发生链路错误时通过修改在从属单元3中的信号路由来重新配置通信系统时，通信系统的容错性操作可通过以这样的方式配置在相逆意义上的方向上而在第一通信路径21和第二通信路径22上循环的两个相同消息来实现：使得可在每一连接的从属单元3的数据字段中指派恰当的数据区域。每一从属单元3的处理单元35在相关联的数据区域中实行与循环数据的数据交换。在接口单元4的第二切换单元42中或在主控单元1的接收控制单元18中，接着叠加经由第一和第二通信路径所反馈的两个消息的数据字段，从而产生共用的消息。不管在发生链路错误时通信系统是处于正常模式还是故障模式，只要所有从属单元仍为活动的，此经叠加的消息就总是相同的。

在读取模式下，当从属单元3将数据传输到主控单元1时，将在相逆意义上的方向上循环的两个消息的整个数据字段设置为0来作为初始值。从属单元3的处理单元35将所需数据写入到相关联的数据区域。主控单元1的接收控制单元18或接口单元4的第二切换单元相继对两个接收的消息的数据字段进行“或”运算，以便形成共用的消息。不管通信系统是处于正常模式还是重新配置模式，经过“或”运算的消息均含有主控单元1所请求的所连接从属单元3的所有数据。

相反，在写入模式下，当主控单元1希望将控制命令传输到从属单元3时，主控单元1的传输控制单元16传送两个具有含有待传输到从属单元的数据的数据字段的相同消息，以供在两个通信路径上进行相逆意义上的传输。或者，仅在第一切换单元41中由智能接口单元复制消息。从属单元3的处理单元35接着从所述消息中提取相关联的数据，而不管其是处于正常模式还是重新配置模式。明确地说，不要求对两个反馈消息的数据字段进行“或”运算。然而，此“或”运算过程中产生具有数据字段的共用消息，其中所述数据字段对应于所传输消息的数据字段，因此产生用于成功写入模式的额外控制构件。

给定根据本发明的包含插入接口单元的主从通信系统的配置，可通过各个从属单元的任意布置，但尤其是如果从属单元以根据本发明的方式布置和操作的话，使得主控单元以简单的方式确定通信系统中没有错误，尤其是在发生链路错误之后重新配置双环结构中的信号路由的情况下。此外，通过叠加所述两个反馈消息的数据字段，即使在冗余情况下，也就是说当通信系统中的各个从属单元已切换到错误模式时，也确保在通信系统中进行可靠的读取操作。所述接口单元的使用进而允许利用分别仅具有一个传输单元或接收单元的常规主控单元，其正如在单环结构中也是这样的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于包含主从结构的通信系统的接口单元(4)，其特征在于，所述主从结构用于将主控单元(1)经由用第一通信路径(21)和第二通信路径(22)形成并以相逆意义上的方式操作的双环结构(2)串联连接到多个从属单元(3)，

包含第一切换单元(41)，第一切换单元(41)的输入端(411)连接到所述主控单元(1)的传输单元(11)，第一切换单元(41)的第一输出端(412)连接到所述第一通信路径(21)，且第一切换单元(41)的第二输出端(423)连接到所述第二通信路径(22)，并且第一切换单元(41)经配置以输出由所述主控单元(1)的所述传输单元(11)所接收的信息信号，以供单独在相逆意义上传输到所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)，且

包含第二切换单元(42)，第二切换单元(42)的第一输入端(421)连接到所述第一通信路径(21)，第二切换单元(42)的第二输入端(422)连接到所述第二通信路径(22)，且第二切换单元(42)的输出端(423)连接到所述主控单元(1)的接收单元(12)，并且第二切换单元(42)经配置以将在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上以相逆意义循环的所述两个信息信号转发到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)。

2.根据权利要求1所述的接口单元，其特征在于，

所述第一切换单元(41)经配置以复制由所述主控单元(1)的所述传输单元(11)所接收的信息信号，以供在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上进行单独相逆意义上的传输。

3.根据权利要求1所述的接口单元，其特征在于，

所述第一切换单元(41)经配置以评估由所述主控单元(1)的所述传输单元(11)所接收的所述信息信号中的地址信息，以供在所述第一通信路径(21)或所述第二通信路径(22)上传输所述信息信号。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的接口单元，其特征在于，所述第二切换单元(42)经配置以评估在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上以相逆意义循环的所述两个信息信号。

5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的接口单元，其特征在于，所述第二切换单元(42)经配置以将在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上以相逆意义循环的所述两个信息信号相继地转发到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)。

6.根据权利要求5所述的接口单元，其特征在于，所述第二切换单元(42)包含FIFO机制。

7.一种具有主从结构的通信系统，其特征在于，包含主控单元(1)、多个从属单元(3)、由在相逆意义上操作的第一通信路径(21)和第二通信路径(22)所形成的双环结构(2)、和用于将所述主控单元经由所述双环结构(2)串联连接到多个从属单元(3)的接口单元(4)，

所述主控单元(1)包含用于传输信息信号的传输单元(11)、用于接收信息信号的接收单元(12)、连接到所述传输单元的传输控制单元(16)和连接到所述接收单元的接收控制单元(18)，

所述接口单元(4)包含第一切换单元(41)，第一切换单元(41)的输入端(411)连接到所述主控单元(1)的所述传输单元(11)，第一切换单元(41)的第一输出端(421)连接到所述第一通信路径(21)，且第一切换单元(41)的第二输出端(412)连接到所述第二通信路径(22)，并且所述接口单元(4)还包含第二切换单元(42)，第二切换单元(42)的第一输入端(421)连接到所述第一通信路径(21)，第二切换单元(42)的第二输入端(422)连接到所述第二通信路径(22)，且第二切换单元(42)的输出端(423)连接到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)，

每一从属单元(3)包含连接到所述第一通信路径用于在所述第一通信路径(21)上接收信息信号的第一接收单元(31)、连接到所述第一通信路径(21)用于在所述第一通信路径上传输信息信号的第一传输单元(32)、连接到所述第二通信路径(22)用于在所述第二通信路径(22)上接收信息信号的第二接收单元(33)和连接到所述第二通信路径用于在所述第二通信路径(22)上传输信息信号的第二传输单元(34)、包含输入端和输出端以用于处理信息信号的处理单元(35)和可激活的耦合单元(37)，

所述主控单元(1)的所述传输控制单元(16)经配置以传输具有相同数据字段的两个信息信号，所述数据字段可具备用于每一连接的从属单元的相关联数据区域，和经由所述传输单元(11)而到达所述接口单元(4)的所述第一切换单元(41)的不同地址字段，

所述接口单元(4)的所述第一切换单元(41)经配置以基于所述地址字段的内容而将一个信息信号输出到所述第一通信路径(21)且将另一信息信号输出到所述第二通信路径(22)，

每一从属单元的所述可激活的耦合单元(32)经配置以在正常操作模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第一接收单元(31)，将所述处理单元(35)的所述输出端连接到所述第一传输单元(32)并将所述第二接收单元(33)连接到所述第二传输单元(34)，在所述第一传输单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第一接收单元(31)并将所述处理单元的所述输出端连接到所述第二传输单元(34)，且在所述第一接收单元(31)和/或所述第二传输单元(34)的故障模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第二接收单元(33)并将所述处理单元(35)的所述输出端连接到所述第一传输单元(32)，

每一从属单元(3)的所述处理单元(35)经配置以在处理通过的所述信息信号的同时处理所述相关联的数据区域，

所述接口单元(4)的所述第二切换单元(42)经配置以将在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上在相逆意义上循环的所述两个信息信号相继地转发到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)，且

所述主控单元(1)的所述接收控制单元(18)经配置以叠加由所述接收单元所接收的所述两个信息信号的所述数据字段。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，

所述主控单元(1)的所述传输控制单元(16)经配置以额外向所述两个信息信号提供设定为预定值的计数器字段，

所述从属单元(3)的所述处理单元(35)经配置以在所述信息信号正通过的同时以预定值修改所述计数器字段的值，且

所述主控单元(1)的所述接收控制单元(18)经配置以分别评估由所述第一接收单元所接收的所述两个信息信号的所述计数器字段的所述值。

9.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于，

所述主控单元的所述接收控制单元(18)经配置以将所述接收的信息信号的所述计数器字段的所述值相加。

10.一种具有主从结构的通信系统，其特征在于，包含主控单元(1)、多个从属单元(3)、由在相逆意义上操作的第一通信路径(21)和第二通信路径(22)所形成的双环结构(2)和用于将所述主控单元(1)经由所述双环结构(2)串联连接到多个从属单元(3)的接口单元(4)，

所述主控单元(1)包含用于传输信息信号的传输单元(11)、用于接收信息信号的接收单元(12)、连接到所述传输单元的传输控制单元(16)和连接到所述接收单元的接收控制单元(18)，

所述接口单元(4)包含第一切换单元(41)，第一切换单元(41)的输入端(411)连接到所述主控单元(1)的所述传输单元(11)，第一切换单元(41)的第一输出端(412)连接到所述第一通信路径(21)，且第一切换单元(41)的第二输出端(422)连接到所述第二通信路径(22)，并且所述接口单元(4)还包含第二切换单元(42)，第二切换单元(42)的第一输入端(421)连接到所述第一通信路径(21)，第二切换单元(42)的第二输入端(422)连接到所述第二通信路径(22)，且第二切换单元(42)的输出端(423)连接到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)，

每一从属单元(3)包含连接到所述第一通信路径用于在所述第一通信路径(21)上接收信息信号的第一接收单元(31)、连接到所述第一通信路径(21)用于在所述第一通信路径上发送信息信号的第一传输单元(32)、连接到所述第二通信路径(22)用于在所述第二通信路径(22)上接收信息信号的第二接收单元(33)和连接到所述第二通信路径用于在所述第二通信路径上发送信息信号的第二传输单元(34)、包含输入端和输出端以用于处理信息信号的处理单元(35)和可激活的耦合单元(37)，

所述主控单元(1)的所述传输控制单元(16)经配置以发送具有数据字段的信息信号，所述数据字段经由所述传输单元(11)而将用于每一连接的从属单元的相关联数据区域提供到所述接口单元(4)的所述第一切换单元(41)，

所述接口单元(4)的所述第一切换单元(41)经配置以复制由所述主控单元(1)的所述传输单元(11)所接收的所述信息信号，且将一个信息信号输出到所述第一通信路径(21)并将另一信息信号输出到所述第二通信路径(22)，

每一从属单元(3)的所述可激活的耦合单元(37)经配置以在正常操作模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第一接收单元(31)，将所述处理单元(35)的所述输出端连接到所述第一传输单元(32)并将所述第二接收单元(33)连接到所述第二传输单元(34)，在所述第一传输单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第一接收单元(31)并将所述处理单元的所述输出端连接到所述第二传输单元(34)，且在所述第一接收单元(31)和/或所述第二传输单元(34)的故障模式下将所述处理单元(35)的所述输入端连接到所述第二接收单元(33)并将所述处理单元(35)的所述输出端连接到所述第一传输单元(32)，

每一从属单元(3)的所述处理单元(35)经配置以在处理通过的所述信息信号的同时处理所述相关联的数据区域，

所述接口单元(4)的所述第二切换单元(42)经配置以叠加在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上在相逆意义上循环的所述两个信息信号的所述数据字段且将其转发到所述主控单元(1)的所述接收单元(12)，且

所述主控单元(1)的所述接收控制单元(18)经配置以评估从所述接收单元接收的所述信息信号。

11.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，

所述主控单元(1)的所述传输控制单元(16)经配置以额外向所述信息信号提供设定为预定值的计数器字段，

所述从属单元(3)的所述处理单元(35)经配置以在所述信息信号正通过的同时以预定值修改所述计数器字段的值，

所述接口单元(4)的所述第二切换单元(42)经配置以在叠加所述信息信号时将所述接收的信息信号的所述计数器字段的所述值相加，且

所述主控单元(1)的所述接收控制单元(18)经配置以分别地评估由所述接收单元所接收的所述信息信号的所述计数器字段的所述值。

12.根据权利要求7到11中任一权利要求所述的通信系统，其特征在于，所述第二切换单元(42)包含FIFO机制。

13.根据权利要求7到12中任一权利要求所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元(3)的所述可激活的耦合单元(37)包含第一多路复用器(38)，第一多路复用器(38)的第一输入端连接到所述第一接收单元(31)，第一多路复用器(38)的第二输入端连接到所述第二接收单元(33)，且第一多路复用器(38)的输出端连接到所述处理单元(35)的所述输入端，且还包含第二多路复用器(39)，第二多路复用器(39)的第一输入端连接到所述第二接收单元(33)，第二多路复用器(39)的第二输入端连接到所述处理单元(35)的所述输出端，且第二多路复用器(39)的输出端连接到所述第二传输单元(34)，所述第一多路复用器(38)经配置以在正常操作模式下将第一多路复用器(38)的第一输入端切换到第一多路复用器(38)的输出端，并在所述第一接收单元(31)和/或所述第二传输单元(34)的故障模式下将第一多路复用器(38)的第二输入端切换到第一多路复用器(38)的输出端，且所述第二多路复用器(39)经配置以在正常操作模式下将第二多路复用器(39)的第一输入端切换到第二多路复用器(39)的输出端，且在所述第一传输单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模式下将第二多路复用器(39)的第二输入端切换到第二多路复用器(39)的输出端。

14.根据权利要求7到13中任一权利要求所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元(3)的所述第一传输单元(32)及所述第二传输单元(34)和/或所述第一接收单元(31)和所述第二接收单元(33)经配置以在所述连接的通信路径中确定链路错误且触发对应故障模式。

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