CN103581163A - 一种多功能远程i/o端口控制服务器及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能远程I/O端口控制服务器及其设计方法，包括第一协转芯片、交换芯片、MCU主控芯片和协转电路，用以实现I/O控制端口与以太网接口、光纤接口之间的信息和数据双向传输功能，有效解决了数据传输方式单一的缺点；此外，本发明采用分层控制管理设计思想，协转电路层可接多种协转电路，各协转电路既相互独立，又可以通过接口连接组成新功能，提高了多功能远程I/O端口控制服务器的兼容性和应用的多样性，降低了成本，具有较强的数据采集能力和工业控制能力，有效解决了端口控制服务器功能单一的缺点，具有广泛的应用前景。

Description

一种多功能远程I/O端口控制服务器及其设计方法

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种多功能远程I/O端口控制服务器及其设计方法。 

背景技术

目前市场上的大多数I/O端口控制服务器的数据传输方式只基于以太网，数据传输方式较为单一。在工业环境下，不只需要以太网传输数据业务，还有可以需要其他数据传输，例如通过光纤进行数据传输，那就要增加一套以太网到光纤的协转设备，这样增加成本同时给施工、维护方面造成压力。 

而且，目前市场上的I/O端口控制器I/O接口功能单一，不能支持多种功能的协转电路，无法满足工业上的需求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多功能远程I/O端口控制服务器及其设计方法，用以实现I/O控制端口与以太网接口、光纤接口之间的信息和数据双向传输功能。 

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 

本发明提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器包括：第一协转芯片、交换芯片、MCU主控芯片和协转电路； 

本发明实提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器采用分层管理控制模式，分为网络层、控制层和协转电路层； 

所述网络层由第一协转芯片和交换芯片组成； 

所述第一协转芯片通过MII与交换芯片相连，从光纤接口接收光口数据，将光口数据转换成以太网报文，将该以太网报文通过MII发送给交换芯片；以及，通过MII从交换芯片接收以太网报文，将以太网报文转换为光口数据，将该光口数据从光纤接口发送出去； 

所述交换芯片包括多个以太网口，其中包括与多个远端主机通讯的多个以太网口，以及用于与MCU主控芯片通讯的以太网口；所述交换芯片将从主机接收到的以太网报文发送给MCU主控芯片，以及将来自MCU主控芯片的以太网报文发送给远端主机。 

所述网络层用以实现以太网到光纤接口的协议转换功能，以及以太网与光纤接口到I/O端口的数据交互过程； 

所述控制层有MCU主控芯片组成； 

所述MCU主控芯片从交换芯片处接收以太网报文并解析，从中获取数据并发送给协转电路；同时建立连接的数据通道的发送和接收的MAC网络地址，MCU主控芯片接收协转电路采集端口的数据，将接收到的数据并打包成以太网报文并发送给交换芯片； 

所述控制层通过远端主机上相应的配置软件远程控制I/O端口服务器的端口数据采集及其输出电平控制，实现远端主机与I/O端口控制服务器的端口数据采集和控制功能； 

所述协转电路层由协转电路组成； 

所述协转电路与MCU主控芯片相连，从MCU主控芯片接收端口控制数据并将数据加载到相应的输出控制端口上；以及从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片。 

所述协转电路可接输入/输出电平控制电路、ESD电路和继电器控制电路，实现电平的转换功能、抗静电干扰功能和I、III继电器控制功能； 

所述协转电路层变化灵活，适应性好，实现多种功能远程IO端口控制服务器； 

本发明实例提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于，通过相应的软件配置，该多功能远程I/O端口控制服务器可作为服务器对数据进行采集和控制，也可作为客户端在异常状态时主动发送信号给远端主机，使得本发明还具有服务器与客户端的双重控制模式。 

以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： 

本发明提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器，可实现以太网数据、光纤数据与I/O端口数据的转换，有效解决了数据传输方式单一的缺点；此外，本发明采用分层控制管理设计思想，协转电路层可接多种协转电路，各协转电路既相互独立，又可以通过接口连接组成新功能，提高了多功能远程I/O端口控制服务器的兼容性和应用的多样性，降低了成本，具有较强的数据采集能力和工业控制能力，有效解决了端口控制服务器功能单一的缺点，具有广泛的应用前景。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的多功能远程I/O端口控制服务器的总体结构示意图 

图2为本发明实施例提供的多功能远程I/O端口控制服务器的以太网口与I/O端口的数据交互过程示意图 

图3为本发明实施例提供的多功能远程I/O端口控制服务器的光纤接口越I/O端口的数据交互过程示意图 

图4为本发明实施例提供的多功能远程I/O端口控制服务器的光纤接口与以太网口的数据交互过程示意图 

具体实施方式

本发明实施例提供了一种多功能远程I/O端口控制服务器器，用以实现一种具有以太网口、光纤接口的I/O端口控制服务器器，通过以太网口和光纤接口都可以访问I/O端口数据。以太网与光纤接口之间也可以进行数据交换，使本发明实施例兼具了光纤接口与以太网口的协转功能。此外，本发明提供的多功能远程I/O端口控制服务器采用分层管理控制模式，协转电路层可接多种协转电路，各电路既相互独立又可以通过接口连接组成新功能，提高了多功能远程I/O端口控制服务器的兼容性和应用的多样性。而且，通过相应的软件配置，本发明提供的多功能远程I/O端口控制服务器既可以作为服务器对数据进行采集和控制，又可以作为客户端在异常状态下发送信息给远端主机，使得本发明具有服务器与客户端的双重控制模式。 

本发明提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器包括：如图1所示，第一协转芯片、交换芯片、MCU主控芯片和协转电路； 

第一协转芯片通过介质无关接口MII与交换芯片相连，用于从光纤接口接收光口数据，将光口数据转换成以太网报文，将该以太网报文通过MII发送给交换芯片；以及，通过MII从交换芯片接收以太网报文，将以太网报文转换为光口数据，将该光口数据从光纤接口发送出去； 

所述交换芯片包括多个以太网口，其中包括与多个主机通讯的多个以太网口，以及用于与MCU主控芯片通讯的以太网口；所述交换芯片根据从主机接收到的以太网报文的目的MAC地址，将从远端主机接收到的以太网报文发送给MCU主控芯片，以及，根据来自MCU主控芯片的以太网报文的目的MAC地址，将来自MCU主控芯片的以太网报文发送给远端主机。 

所述交换芯片还用于根据从远端主机接收到的以太网报文的MAC地址，将从远端主机接收到的以太网报文发送给第一协转芯片，根据来自第一协转芯片的光口数据的目的MAC地址，将来自第一协转芯片的光口数据发送给远端主机；以及，根据从MCU主控芯片接收到的以太网报文的目的MAC地址，将从MCU主控芯片接收到的以太网报文发送给第一协转芯片，根据来自第一协转芯片的光口数据的目的MAC地址，将来自第一协转芯片的光口数据发送给MCU主控芯片。 

所述MCU主控芯片从交换芯片接收以太网报文并解析，从中获取数据并发送给协转电路；同时建立连接的数据通道的发送和接收的MAC网络地址，MCU主控芯片接收协转电路发送的数据，将接收到的数据并打包成以太网报文并发送给交换芯片； 

所述协转电路与MCU主控芯片相连，从MCU主控芯片接收端口控制数据并将数据加载到相应的输出控制端口上；以及从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片。 

本发明实提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器采用分层管理控制模式，如图1所示，分为网络层、控制层和协转电路层； 

所述网络层由第一协转芯片和交换芯片组成； 

所述第一协转芯片通过MII与交换芯片相连，从光纤接口接收光口数据，将光口数据转换成以太网报 文，将该以太网报文通过MII发送给交换芯片；以及，通过MII从交换芯片接收以太网报文，将以太网报文转换为光口数据，将该光口数据从光纤接口发送出去； 

所述交换芯片包括多个以太网口，其中包括与多个远端主机通讯的多个以太网口，以及用于与MCU主控芯片通讯的以太网口；所述交换芯片将从主机接收到的以太网报文发送给MCU主控芯片，以及将来自MCU主控芯片的以太网报文发送给远端主机。 

所述网络层用以实现以太网到光纤接口的协议转换功能，以及以太网与光纤接口到I/O端口的数据交互过程； 

所述控制层有MCU主控芯片组成； 

所述MCU主控芯片从交换芯片处接收以太网报文并解析，从中获取数据并发送给协转电路；同时建立连接的数据通道的发送和接收的MAC网络地址，MCU主控芯片接收协转电路采集端口的数据，将接收到的数据并打包成以太网报文并发送给交换芯片； 

所述控制层通过远端主机上相应的配置软件远程控制I/O端口服务器的端口数据采集及其输出电平控制，实现远端主机与I/O端口控制服务器的端口数据采集和控制功能； 

所述协转电路层由协转电路组成； 

所述协转电路与MCU主控芯片相连，从MCU主控芯片接收端口控制数据并将数据加载到相应的输出控制端口上；以及从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片。 

所述协转电路可接输入/输出电平控制电路、ESD电路和继电器控制电路，实现电平的转换功能、抗静电干扰功能和I、III继电器控制功能； 

所述协转电路层变化灵活，适应性好，实现多种功能； 

下面本发明实例以一个以太网口、一个光纤接口的多功能远程I/O端口控制服务器为例，进行举例说明。 

MCU主控芯片采用MCF5223X系列芯片，是32位微控制器系列中高端产品，具有32Kbytes内部SRAM和256Kbytes flash存储器，四个32-bit的DMA请求能力的定时器，4通道DMA控制器，快速以太网控制器，CAN模块，I2CTM模块，3个UART和一个队列SPI，保证多功能远程I/O端口控制服务器功能的正常运行。 

MCU主控芯片的功能包括：从交换芯片接收以太网报文并解析，若以太网报文内容符合约定，即包含I/O端口ID、数据及数据长度，则将其中的数据从报文中剥离出来并发送给协转电路；同样的，协转电路从外设收到的数据发送给MCU主控芯片，MCU主控芯片将数据封装打包成以太网报文通过交换芯片发送给远端主机。 

本发明实施例使用的与MCU主控芯片互通的交换芯片是IP113，用以实现以太网光纤协议的转换。 

增加光纤接口，不仅增加了I/O端口数据传输的方式，同时由于交换芯片的存在，使本发明实施例提供的多功能远程I/O端口控制服务器可以作为光纤接口数据与以太网数据的协转设备，应用于一些特殊的应用环境，从而增加了产品的实用性； 

下面介绍一下本发明实施例的集中典型用法的数据流转过程。 

一、以太网与I/O端口的数据交互过程。 

以太网与I/O端口的数据交互过程，如图2中虚线所示，数据报文通过以太网接口进入I/O端口控制服务器后，首先由交换芯片转发给MCU主控芯片，MCU主控芯片解析以太网报文，提取数据并发送给协转电路；同样的，协转电路从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片，MCU主控芯片将数据封装打包成以太网报文发送给交换芯片，交换芯片将报文发送至以太网。 

二、光纤接口与I/O端口的数据交互过程。 

光纤接口与I//O的数据交互过程，如图3中虚线所示，数据报文通过光纤接口进入I/O端口控制服务器后，由第一协转芯片转换成以太网报文并发送至交换芯片，再由交换芯片转发给MCU主控芯片，MCU主控芯片解析出报文中的信息，提取数据并发送给协转电路；同样的，协转电路接收从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片，MCU主控芯片将数据封装打包成以太网报文发送给交换芯片，交换芯片将报文转发给第一协转芯片，第一协转芯片将以太网报文封装成光纤信号格式的报文并发送出去。 

三、以太网与光纤接口的数据交互过程。 

除了I/O端口控制服务器的基本功能，本发明实施例还实现了以太网到光纤接口的协议转换功能，以太网与光纤接口的数据交互过程，如图4虚线所示，第一协转芯片是一款常见的协转芯片，可以将以太网报文封装成光纤格式的报文，同样可以把光纤格式的报文封装成以太网报文。因此，如图4中虚线所示，收到的光纤数据被第一协转芯片转换成以太网报文并转发给交换芯片，交换芯片可以将该报文转发到相应的以太网口，反之亦然。这种设计无疑会增加I/O端口控制服务器使用的灵活性。 

相应地，本发明实施例提供的一种数据传输的方法，包括； 

协转电路与MCU主控芯片相连，从MCU主控芯片接收端口控制数据并将数据加载到相应的输出控制端口上；以及从外设端口接收数据并将采集的数据发送给MCU主控芯片。 

MCU主控芯片从交换芯片处接收以太网报文并解析，从中获取数据并发送给协转电路；同时建立连接的数据通道的发送和接收的MAC网络地址，MCU主控芯片接收协转电路采集端口的数据，将接收到的数据并打包成以太网报文并发送给交换芯片； 

交换芯片包括多个以太网口，其中包括与多个远端主机通讯的多个以太网口，以及用于与MCU主控芯片通讯的以太网口；所述交换芯片根据从远端主机接收到的以太网报文的目的MAC地址，将从远端主机接收到的以太网报文发送给MCU主控芯片，以及，根据来自MCU主控芯片的以太网报文的目的MAC地址，将来自MCU主控芯片的以太网报文发送给远端主机。 

较佳地，该方法还包括： 

第一协转芯片从光纤接口接收光口数据，将光口数据转换成以太网报文，将该以太网报文通过MII发送给交换芯片；以及，通过MII从交换芯片接收以太网报文，将以太网报文转换为光口数据，将该光口数据从光纤接口发送出去； 

所述交换芯片还用于根据从远端主机接收到的以太网报文的MAC地址，将从远端主机接收到的以太网报文发送给第一协转芯片，根据来自第一协转芯片的光口数据的目的MAC地址，将来自第一协转芯片的光口数据发送给远端主机；以及，根据从MCU主控芯片接收到的以太网报文的目的MAC地址，将从MCU主控芯片接收到的以太网报文发送给第一协转芯片，根据来自第一协转芯片的光口数据的目的MAC地址，将来自第一协转芯片的光口数据发送给MCU主控芯片。 

综上所述，本发明实施例中设计的多功能远程I/O端口控制服务器包括多以太网口、多光纤接口，有效解决了多级访问的问题，并能够提供光纤接口与以太网口的协转功能，使本发明实施例能够适应多种应用环境，并降低成本。并且，本发明实例提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器，涉及了一种分层管理控制设计思想；所述I/O控制器分为网络层、控制层和协转电路层；协转电路层可接多种协转电路，各协转电路既相互独立，又可以通过接口连接组成新功能配合使用，分层管理控制的设计思想提高了系统的兼容性和应用的多样性，降低了成本，具有较强的数据采集能力和工业控制能力及外形灵巧等优点，有广泛的应用前景；本发明实例提供的一种多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于，通过相应软件的配置，该多功能远程I/O端口控制服务器既可作为服务器对数据进行采集和控制，也可作为客户端在异常状态时主动发送信号给远端主机，使得本发明还具有服务器与客户端的双重控制模式。 

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明课采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明课采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。 

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的没一个流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序之灵到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 

这些计算机程序指令也可存储在能知道计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 

这些计算机程序指令也可以装在到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一些列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精髓和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (6)

1.一种多功能远程I/O端口控制服务器，包括：第一协转芯片、交换芯片、MCU主控芯片和协转电路，第一协转芯片与交换芯片相连，交换芯片和协转电路分别与MCU主控芯片相连。 

2.根据权利要求1所述的多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于：采用分层管理控制模式，分为网络层、控制层和协转电路层。 

3.根据权利要求1所述的多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于：所述网络层由第一协转芯片和交换芯片组成；所述网络层用以实现以太网到光纤接口的协议转换功能，以及以太网与光纤接口到I/O端口的数据交互过程。 

4.根据权利要求1所述的多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于：所述控制层有MCU主控芯片组成；所述控制层通过远端主机上相应的配置软件远程控制I/O端口服务器的端口数据采集及其输出电平控制，实现远端主机与I/O端口控制服务器的端口数据采集和控制功能。 

5.根据权利要求1所述的多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于：所述协转电路层由协转电路组成；所述协转电路可接输入/输出电平控制电路、ESD电路和继电器控制电路，实现电平的转换功能、抗静电干扰功能和I、III继电器控制功能。 

6.根据权利要求1所述的多功能远程I/O端口控制服务器，其特征在于：通过相应的软件配置，该多功能远程I/O端口控制服务器可作为服务器对数据进行采集和控制，也可作为客户端在异常状态时主动发送信号给远端主机，使得本发明还具有服务器与客户端的双重控制模式。 

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