CN103152123B - 基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域，具体的说是一种用于数控系统中的数据传输方法。将数控系统双环现场总线根据传输方向的不同分为环路1和环路2；在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据，将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中；将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有从站；当从站接收到通过任一环路发送的原始消息或者功能消息时，对消息里的数据进行CRC校验；如果CRC校验失败，该从站等待另一环路的消息通过计算进行纠错，得到正确数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站。本发明实时性高，容错性强，重传概率低。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体的说是一种用于数控系统中的数据传输方法。
背景技术
数控系统在制造加工领域的广泛使用，正向高速化、高精度化和高可靠性方向发展。计算机数据通信的实时性、准确性和安全性是决定数控系统高速、高精和高可靠性的重要因素。数控系统对现场总线的要求主要体现在实时、同步和可靠性方面。其中，通信的实时性和安全性是数控系统现场总线数据传输的基本问题。实时性保证了数据能够及时送达各站点进行相关处理，安全性则避免了事故的发生，保证了相关人员的生命财产安全。因此，增强现场总线信号传输的实时性与安全性是总线通信技术研究的重点。
目前国内外相关研究领域对数据传输安全主要集中在保障站点之间消息传输通道的多连通性和错误指示传输的可靠性，保证错误发生时主从站点间依然能够保持通信状态，错误信号能够被检测到并进行数据重传，力求降低由传输过程中发生的错误所导致的事故发生的几率，这种方法强调了错误检测的成功率，但不具备数据恢复的能力，因此如果通信过程中发生传输错误，只能通过重传解决问题，频繁进行重传会增加无谓的通信负载，耗费额外的通信周期在反复的询问/确认过程中，延误甚至中断实时数据的传输，严重影响系统的实时性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
将数控系统双环现场总线根据传输方向的不同分为环路1和环路2，消息的发送站点为主站，消息接受站点为从站，将从站根据其在环路1中接收消息的先后次序进行编号；
在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据，将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中；
将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有从站；
当从站接收到通过任一环路发送的原始消息或者功能消息时，对消息里的数据进行CRC校验；如果CRC校验正确，则从消息中提取数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；如果CRC校验失败，该从站等待另一环路的消息通过计算进行纠错，得到正确数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；
主站接收到两个环路返回的消息后，若有重传请求，则重传本次消息；否则此次数据传输完成。
所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，如果本次消息需要重传，则返回到步骤2。
所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，如果某站点在两个环路上的数据同时出错，则将重传请求封装入当前环路的消息中，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站。
所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，所述在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据的过程为：
将从第1个从站开始的每三个从站所对应的原始数据进行异或运算，直到第n个从站，即最后一个从站，得到相对应的用于纠错的n个功能数据；
如果当前从站站号i模n余1，则将从站i的原始数据与从站i+2的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据；如果当前从站站号i模n余2，则将从站i的原始数据与从站i+1的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据；若当前从站站号i模n余0，则将从站i的原始数据与从站i-2和从站i-1的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据。
所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，所述从站从消息中提取数据的过程为：
在环路1所传输的原始消息中，根据原始消息里的站点号位，提取出等于当前从站站点编号的原始数据；
在环路2所传输的功能消息中，根据功能消息里的站点号位，提取出当前从站站点编号所对应的三组功能数据；
如果当前从站站号i模n余1，则将从站i+1与从站i+2的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据；如果当前从站站号i模n余2，则将从站i-1与从站i+1的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据；若当前从站站i号模n余0，则将从站i的功能数据与从站i-1和从站i-2的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据。
所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，所述消息的结构包括：环号位、序列号位、站点号位、数据域、CRC校验位，其中环号位用于区分该消息传输过程中所在的环；序列号位用于识别消息的发送顺序；站点号位用于识别从站所对应的数据；数据域用于存放该消息所封装的数据；CRC校验位用于进行CRC校验。
本发明具有以下有益效果：
1.实时性高。在本发明中，数据传输的线路是环形通路，无论是用于传输的原始数据还是用于检错纠错的功能数据都可以同时发送到传输线路中，并且数据传输与自纠错过程都在一个通信周期内完成，有效地提高了实时性。
2.容错性强，重传概率低。在本发明中，是以每三个原始数据为基础生成的功能数据，并且所生成的功能数据相对原始数据是独立的，所以即使原始数据在传输过程中出现连续出错的情况，功能数据也可以完成纠错。除非在双环线路中某些从站点对应的原始数据和功能数据同时出错的情况下，才会请求主站重传，极大地降低了重传概率。
附图说明
图1为本发明方法应用的双环现场总线系统结构图；
图2为本发明方法流程图；
图3为本发明方法中消息的结构示意图；
图4A为本发明方法中主站生成功能数据过程示意图；
图4B为本发明方法中从站从功能数据恢复原始数据过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明方法所应用的双环现场总线系统结构图。该图中主站为消息发送端，n个消息接收端是n个从站，主站与从站之间通过双环结构的现场总线进行通信传输。
如图2所示，本发明方法用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法包括以下步骤：
确定消息发送方作为主站，消息接收方作为从站，根据不同的传输方向将传输线路分为环路1和环路2，将从站按环路1中的顺序为所有从站编号；
在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据，将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中，并将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有n个从站；
当从站接收到通过任一环路发送的原始消息或者功能消息时，对消息里的数据进行CRC校验；如果CRC校验正确，则从消息中提取数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；如果CRC校验失败，该从站等待另一环路的消息通过计算进行纠错，得到正确数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；
如果某站点在两个环路上的数据同时出现CRC校验失败，则将重传请求封装入当前环路的消息中，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；
主站接收到两个环路返回的消息后，若有重传请求，则返回到将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中，并将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有n个从站步骤；否则判断主站里通信结束标志位是否为1，如为1，则此次通信过程结束；
如果标志位为0，表示通信没有结束，则返回到将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中，并将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有n个从站步骤。
在主站中产生用于检错与纠错的功能数据包括以下过程：
将从第一个从站(1)开始的每三个从站所对应的原始数据进行异或运算，直到最后一个从站(n)，得到相对应的用于纠错的n个功能数据；
如果当前从站站号模n余1，则将该站号对应的原始数据与下下一个站号对应的原始数据做异或运算，生成对应站号的功能数据；如果当前从站站号模n余2，则将该站号对应的原始数据与下一个站号对应的原始数据做异或运算，生成对应站号的功能数据；若当前从站站号模n余0，则将该站号对应的原始数据与前前一个站号和前一个站号对应的原始数据做异或运算，生成对应站号的功能数据。
从站从原始消息和功能消息中提取数据包括以下步骤：
在环路1所传输的原始消息中，根据原始消息里的站点号位，提取出等于当前从站站点编号的原始数据；
在环路2所传输的功能消息中，根据功能消息里的站点号位，提取出当前从站站点编号所对应的三组功能数据；
如果当前从站站号模n余1，则将该站号对应的下一个站号与下下一个站号对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的原始数据；如果当前从站站号模n余2，则将该站号对应的前一个与下一个站号对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的原始数据；若当前从站站号模n余0，则将该站号对应的功能数据与前前一个站号和前一个站号对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的功能数据。
如图3所示，为本发明所设计的消息的结构包括：环号位、序列号位、从站号位、数据域、CRC校验位，其中环号位用于区分该消息传输过程中所在的环；序列号位用于识别消息的发送顺序；从站号位用于识别从站所对应的数据；数据域用于存放该消息所封装的数据；CRC校验位用于进行CRC校验。
如图4A、4B所示，为主站生成消息的过程示意图及从站恢复自身所需有用数据过程示意图。其中，di指原始消息中站点编号为i的从站所对应的有效数据；di’指功能消息中站点编号为i的从站所对应的功能数据；i指大于0的整数.
将从第一个从站(1)开始的每三个从站所对应的原始数据进行异或运算，直到最后一个从站(n)，得到相对应的用于纠错的n个功能数据；
如果当前从站站号模n余1，则将该站号对应的原始数据(如d1)与下下一个站号对应的原始数据(如d3)做异或运算，生成对应站号的功能数据(如d1’)；如果当前从站站号模n余2，则将该站号对应的原始数据(如d2)与下一个站号对应的原始数据(如d3)做异或运算，生成对应站号的功能数据(如d2’)；若当前从站站号模n余0，则将该站号对应的原始数据(如d3)与前前一个站号(如d1)和前一个站号(如d2)对应的原始数据做异或运算，生成对应站号的功能数据(如d3’)。
在环路2所传输的功能消息中，根据功能消息里的站点号位，提取出当前从站站点编号所对应的三组功能数据；
如果当前从站站号模n余1，则将该站号对应的下一个站号(如d2’)与下下一个站号(如d3’)对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的原始数据(如d1)；如果当前从站站号模n余2，则将该站号对应的前一个(如d1’)与下一个站号(如d3’)对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的原始数据(如d2)；若当前从站站号模n余0，则将该站号对应的功能数据(如d3’)与前前一个站号(如d1’)和前一个站号(如d2’)对应的功能数据做异或运算，生成该站号对应的原始数据(如d3)。
Claims (5)
1.一种基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
将数控系统双环现场总线根据传输方向的不同分为环路1和环路2，消息的发送站点为主站，消息接受站点为从站，将从站根据其在环路1中接收消息的先后次序进行编号；
在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据，将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中；
将原始消息通过环路1按编号依次发送给所有从站，将功能消息通过环路2按编号逆向发送给所有从站；
当从站接收到通过任一环路发送的原始消息或者功能消息时，对消息里的数据进行CRC校验；如果CRC校验正确，则从消息中提取数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；如果CRC校验失败，该从站等待另一环路的消息通过计算进行纠错，得到正确数据，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站；
主站接收到两个环路返回的消息后，若有重传请求，则重传本次消息；否则此次数据传输完成；
所述在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据的过程为：
将从第1个从站开始的每三个从站所对应的原始数据进行异或运算，直到第n个从站，即最后一个从站，得到相对应的用于纠错的n个功能数据；
如果当前从站站号i模n余1，则将从站i的原始数据与从站i+2的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据；如果当前从站站号i模n余2，则将从站i的原始数据与从站i+1的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据；若当前从站站号i模n余0，则将从站i的原始数据与从站i-2和从站i-1的原始数据做异或运算，生成从站i的功能数据。
2.根据权利要求1所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，如果本次消息需要重传，则返回到在主站中通过原始数据生成用于检错与纠错的功能数据，将原始数据封装入用于传输的原始消息中，将功能数据封装入功能消息中步骤。
3.根据权利要求1所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，如果某站点在两个环路上的数据同时出错，则将重传请求封装入当前环路的消息中，将消息发送给下一个从站，直到传输回主站。
4.根据权利要求1所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，所述从站从消息中提取数据的过程为：
在环路1所传输的原始消息中，根据原始消息里的站点号位，提取出等于当前从站站点编号的原始数据；
在环路2所传输的功能消息中，根据功能消息里的站点号位，提取出当前从站站点编号所对应的三组功能数据；
如果当前从站站号i模n余1，则将从站i+1与从站i+2的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据；如果当前从站站号i模n余2，则将从站i-1与从站i+1的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据；若当前从站站i号模n余0，则将从站i的功能数据与从站i-1和从站i-2的功能数据做异或运算，生成从站i的原始数据。
5.根据权利要求1所述的基于数控系统双环现场总线的自检错与自纠错的传输方法，其特征在于，所述消息的结构包括：环号位、序列号位、站点号位、数据域、CRC校验位，其中环号位用于区分该消息传输过程中所在的环；序列号位用于识别消息的发送顺序；站点号位用于识别从站所对应的数据；数据域用于存放该消息所封装的数据；CRC校验位用于进行CRC校验。
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