CN104168172A - 基于switch芯片的板间数据交互装置及数据交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多板卡装置内各单板之间的数据交互方式，具体涉及一种基于SWITCH芯片的板间数据交互装置及数据交互方法。该装置包括至少两个功能板，还包括一信息交换板，信息交换板上装有SWITCH芯片，各功能板设有接口芯片并通过以太网媒体接口与信息交换板连接，信息交换板设有用于连接上位机的配置接口。本发明通过一个网口，实现对装置内所有功能板的配置，配置灵活性相比之前有了很大提高；通过配置接口实现各个功能板和上位机的大数据通讯；此种配置方式，使得配置软件整体化，使配置软件的设计和升级得到简化；不同功能板之间数据交互切换更加简单，只需通过配置指令就可实现。
Description
技术领域
本发明涉及多板卡装置内各单板之间的数据交互方式，具体涉及一种基于SWITCH芯片的板间数据交互装置及数据交互方法。
背景技术
随着计算机技术的不断发展，电力用户对电力自动化的需求不断提高，从而导致电力自动化装置设计越来越复杂；尤其是智能变电站内部所采用的自动化装置，已经很难在一块板卡上实现全部功能。现在，智能变电站自动化产品的设计，基本都是采用多个分板卡加背板的方式来实现；多个分板卡各自实现不同的功能，各分板之间的数据交互通过背板来实现。由于各分板的设计越来越复杂，各个分板间的交互数据量越来越大。
现在，各分板之间的数据交互，基本都是采用自定义总线的方式来实现。初期，自定义总线方式完全可以满足设计需要；但是后续板卡越来越多，交互的数据量也越来越大，总线的方式显得越来不灵活，同时导致背板的设计越来越复杂，背板的复用性很差，而且各分板的接口设计也不具有通用性。当各个板卡功能划分有变化时，自定义总线方式的接口设计也不利于二次开发，会增加背板设计的工作量，另外也会导致板卡配置指令格式的修改，不利于上层软件的通用。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用SWITCH芯片代替自定义的总线，完成各功能板之间的数据交互。
本发明采用的具体方案为：一种基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，包括至少两个功能板，还包括一信息交换板，信息交换板上装有SWITCH芯片，各功能板设有接口芯片并通过以太网媒体接口与信息交换板连接，信息交换板设有用于连接上位机的配置接口。上位机通过配置接口定义配置帧的类型，实现对各功能板MAC地址的设定，同时设定功能板的功能和参数，还可方便的实现对功能板的远程升级；而各功能板的数据可通过SWITCH芯片的配置接口转发给上位机。本发明通过配置帧来划分VLAN，实现特定功能板之间的通讯，此方法可以有效减少不必要的数据交互，提高各个功能板的数据交互能力。
为实现与SWITCH芯片的接口通信，功能板上应设置接口芯片，优选的，所述的接口芯片采用FPGA芯片或PHY芯片，通过它完成配置帧的解析和正常数据帧的转发。
优选的，所述的以太网媒体接口采用MII 接口或RMII接口或GMII 接口或RGMII接口。板间通讯数据量不大时，一般采用百兆MAC的MII 接口，若后续板间通讯数据量增大时，可升级为千兆MAC的GMII接口，也可以是简化后的RMII接口或RGMII接口。
优选的，所述的配置接口采用千兆以太网口，这样一般功能板采用百兆口连接，数据转发时不会出现堵塞。
进一步，所述的信息交换板设有预留接口，便于连接其他功能板，增加后续功能。
功能板可通过接口直接与信息交换板连接通讯，但通常为了插接方便，会配合一背板来插接各功能板和信息交换板，因此，优选的，本发明还包括一背板，各功能板和信息交换板通过背板上的连线连接。通过背板上成熟的MII总线，实现功能板与信息交换板的连接，克服自定义总线时操作的复杂性以及背板通用性差、可靠性低的缺陷。
采用上述装置进行板间数据交互的方法，上位机通过配置接口设置各功能板的MAC地址和功能板的功能，各功能板通过SWITCH芯片进行单板间的数据交互，并通过SWITCH芯片与上位机进行通讯。配置MAC地址后，可通过SWITCH芯片实现任意两功能板之间的数据交互，带宽可到100M，并且各板卡之间相互不影响。配置完成后，各功能板的数据信息，可以通过SWITCH芯片直接转发到上位机。
具体的，设置功能板MAC地址的过程如下：上位机中的软件以广播形式向SWITCH芯片下发配置MAC地址的配置帧，由SWITCH芯片将配置帧转发到所有功能板，各功能板依据自己所在的槽位标号，选择与之对应的配置帧，接收配置帧信息后，解析出MAC地址，作为本功能板的MAC地址。不同槽位有不同的标号，配置帧中含有各功能板的槽位标号，若配置帧中的标号与其所在槽位标号相同，则该功能板接收该配置信息，不同则不接收，以此选择对应的配置帧信息。
具体的，设置功能板功能的过程如下：上位机中的软件向各功能板下发包含某些功能的配置帧，明确各功能板的功能。如：定义功能板发送数据格式的配置帧，修改功能板时间的配置帧等。配置完成后，该装置正常工作，各功能板通过SWITCH芯片进行数据通讯。
本发明的有益效果如下：
1、降低了背板设计的复杂度，同时增强了背板的兼容性；
2、背板采用很成熟的MII总线实现，可靠性要高于自定义总线；
3、可以通过一个网口，实现对装置内所有功能板的配置，配置灵活性相比之前有了很大提高；
4、通过配置接口实现各个功能板和上位机的大数据通讯；
5、此种配置方式，使得配置软件整体化，使配置软件的设计和升级得到简化；
6、不同功能板之间数据交互切换更加简单，只需通过配置指令就可实现。
附图说明
图1是本发明逻辑原理图；
图2是本发明的实施例的系统结构图；
图中，1、SWITCH芯片，2、功能板，3、预留接口，4、配置接口，5、信息交换板，6、上位机，7、背板。
具体实施方式
如图所示，基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，包括一背板7、四个功能板2及一信息交换板5，各功能板2设有FPGA芯片及MII接口，信息交换板5设有SWITCH芯片1，背板7上设有MII总线，通过在背板上布线，将各功能板的MII接口与信息交换板连接，信息交换板5通过千兆以太网口与上位机6连接，从而实现各功能板与SWITCH芯片的连接以及SWITCH芯片与上位机的连接。另外，信息交换板还设有预留接口3，便于连接其他功能板。信息交换板5还设有FPGA芯片，用来完成对SWITCH芯片的配置以及信息交换板的其他特有功能，如校时、守时等。
本发明的具体实施过程如下：
（1）选定SWITCH芯片型号，已确定最大能支持功能板的数量；
（2）根据支持的功能板数量，设计背板，空间允许的情况下，尽量按最大数量设计，便于后续装置功能升级；
（3）各功能板设计都预留一个MII接口，用来与背板相连，通过背板实现与其他板通讯；
（4）如图2所示，组装各个功能板、背板以及带有SWITCH芯片的信息交换板；
（5）上位机软件通过配置接口，读取各个功能板的基本信息，同时设置各个功能板的MAC地址；设置过程如下：上位机中的软件以广播形式向SWITCH芯片下发配置MAC地址的配置帧，由SWITCH芯片将配置帧转发到所有功能板，各功能板所在的槽位有不同的标号，配置帧中含有各功能板的槽位标号，若配置帧中的标号与其所在槽位标号相同，则该功能板接收该配置信息，不同则不接收，以此选择对应的配置帧信息。接收配置帧信息后，解析出MAC地址，作为本功能板的MAC地址。
（6）上位机软件通过配置接口下发各功能板特有的配置帧，设定各功能板的特定功能，如功能板数据接收的类型、数据发送的格式以及功能板的时间信息等；
（7）根据具体需求，配置划分VLAN，至此各个功能板，即可通过SWITCH芯片，根据配置的模式，进行数据交互。各个功能板之间传输的数据主要是电力系统特定规约的数据帧，例如GOOSE帧、SV帧等。
若需改变SWITCH芯片的工作模式时，需上位机下发配置帧，由信息交换板上的SWITCH芯片将该帧转发到的本板FPGA芯片，又FPGA芯片通过SWITCH芯片的配置接口，重新配置SWITCH芯片的工作模式。SWITCH芯片工作模式的修改主要包括：网口千兆百兆的切换、VLAN的重新划分等。
Claims (9)
1.一种基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，包括至少两个功能板（2），其特征在于：还包括一信息交换板（5），信息交换板（5）上装有SWITCH芯片（1），各功能板（2）设有接口芯片并通过以太网媒体接口与信息交换板（5）连接，信息交换板（5）设有用于连接上位机（6）的配置接口（4）。
2.根据权利要求1所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，其特征在于：所述的接口芯片采用FPGA芯片或PHY芯片。
3.根据权利要求1所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，其特征在于：所述的以太网媒体接口采用MII 接口或RMII接口或GMII 接口或RGMII接口。
4. 根据权利要求1所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，其特征在于：所述的配置接口（4）采用千兆以太网口。
5.根据权利要求1所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，其特征在于：所述的信息交换板（5）设有预留接口（3）。
6.根据上述任一项权利要求所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置，其特征在于：还包括一背板（7），各功能板和信息交换板通过背板上的连线连接。
7.应用前述任一项权利要求所述的基于SWITCH芯片的板间数据交互装置进行板间数据交互的方法，其特征在于：上位机通过配置接口设置各功能板的MAC地址和功能板的功能，各功能板通过SWITCH芯片进行单板间的数据交互，并通过SWITCH芯片与上位机进行通讯。
8.根据权利要求7所述的板间数据交互方法，其特征在于：设置功能板MAC地址的过程如下：上位机中的软件以广播形式向SWITCH芯片下发配置MAC地址的配置帧，由SWITCH芯片将配置帧转发到所有功能板，各功能板依据自己所在的槽位标号，选择与之对应的配置帧，接收配置帧信息后，解析出MAC地址，作为本功能板的MAC地址。
9.根据权利要求7所述的板间数据交互方法，其特征在于：设置功能板功能的过程如下：上位机中的软件向各功能板下发包含某些功能的配置帧，明确各功能板的功能。
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