CN104683266B - 用于串行通信的双向包传输故障转移交换机 - Google Patents

用于串行通信的双向包传输故障转移交换机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于串行通信的双向包传输故障转移交换机。所述用于串行通信的双向包传输故障转移交换机包括：存储器，其配置为将用于在多个通信设备之间双向通信而发送或接收的包数据划分为多个特定数据单元，并存储所划分的数据；以及控制单元，其配置为从所述存储器接收指示是否接收到所述包数据的触发信号，根据所述包数据接收的顺序来判定优先权，并且向其他通信设备发送所述包数据。

Description

用于串行通信的双向包传输故障转移交换机
技术领域
本公开涉及用于串行通信的双向包传输故障转移交换机，且更具体地，涉及这样一种用于串行通信的双向包传输故障转移交换机，其依靠通信包的高速传输和引入双向通信方案，将信号通信线路多路复用为串行通信网络中的多个通信线路，并对同时产生的双向通信包进行传输和处理。
背景技术
考虑到系统的可靠性，工业实时监控系统的通信终端装置以通信节点复线化(dualization)方案和网络线路复线化方案来工作。
然而，在主单元系统中，当通信终端装置之间的距离为几千米或更长的长距离时，网络线路的双向搭建导致了线路搭建成本和工作成本的增加。
因而，需要在主装置和通信终端装置之间搭建单通信线路。在通信终端装置中，需要通过向设置为复线系统的系统提供通信网络多路复用功能来使有效复线系统工作。
串接的故障转移交换机(fail-over switch)将通过单通信线路接收的通信包分配到多个网络节点。系统主要作为单向通信系统工作，其中系统主装置，即主机，为初始命令请求者。
相关技术的用于串行通信的故障转移交换机实施为适用于传输单向通信包的功能，该包从主机唯一指定的节点产生。
因而，从两个或多个节点同时产生的信号不能正常传输。例如，从三个节点的两个或多个同时产生的包传输操作的特性中出现限制。
应该搭建节点之间的1:1通信线路并使其以要传输的双向包的顺序工作，如具有多主机或内部节点1:1的全双工方案的系统。然而，在长距离通信中，搭建成本和工作成本会通过两次或更多次地用来搭建多个1:1通信线路而耗尽。
在大多数监控系统中，第一节点用作为主装置节点，并且第二节点和第三节点用作为通信终端装置的复线主/从节点。当在主节点中没有响应包或在主节点中有错误发生时，从节点自动地获得工作权限，并且执行主节点的权限。
然而，通信包之间的冲突的时常发生导致无法确保主/从节点的工作权限算法的正常工作的问题，从而导致系统稳定性的下降。
近来，随着发展以太网通信传播以及与其他网络的媒介和连接的普及的需求增大，通信包交换设备广泛地普及并广泛用于系统终端装置中。另外，随着通信包的高速传输和引入双向通信方案的发展，需要在串行通信网络中引入使用双向交换功能的系统。
发明内容
因此，详细说明书的一个方面是提供一种用于串行通信的双向包传输故障转移交换机，其依靠通信包的高速传输和引入双向通信方案，将信号通信线路多路复用为串行通信网络中的多个通信线路，并对同时产生的双向通信包进行传输和处理。
除了本发明的上述目标之外，下面将描述本发明的其他特征和有益效果，但从下面的说明书，本领域的技术人员可以清楚地进行理解。
为了达到上述和其他有益效果并根据本说明书的目的，如在此具体化和宽泛的描述的，本发明提供了一种用于串行通信的双向包传输故障转移交换机，包括：存储器，其配置为将用于在多个通信设备之间双向通信而发送或接收的包数据划分为多个特定数据单元，并存储所划分的数据；以及控制单元，其配置为从所述存储器接收指示是否接收到所述包数据的触发信号，根据所述数据包接收的顺序来判定优先权，并且向其他通信设备发送所述包数据。
所述存储器可以包括：第一双FIFO存储器，其配置为存储从第一通信设备接收到的包数据；第一FIFO存储器，其配置为存储从第二通信设备接收到的包数据；以及第二FIFO存储器，其配置为存储从第三通信设备接收到的包数据，并且所述控制单元可以包括：第一发送控制单元，其配置为从所述第一双FIFO存储器和所述第二FIFO存储器读取数据以根据优先权向所述第二通信设备输出所述数据；以及第二发送控制单元，其配置为从所述第一双FIFO存储器和所述第一FIFO存储器读取数据以根据优先级向所述第三通信设备输出所述数据。
所述存储器可以进一步包括：第二双FIFO存储器，其配置为存储要向所述第一通信设备输出的包数据，并且所述控制单元可以包括：第一接收控制单元，其配置为在所述第一FIFO存储器和所述第二双FIFO存储器中存储从所述第二通信设备接收的包数据；以及第二接收控制单元，其配置为在所述第二FIFO存储器和所述第二双FIFO存储器中存储从所述第三通信设备接收的包数据。
所述第一双FIFO存储器可以向所述第一发送控制单元和第二发送控制单元传输作为触发信号的包数据存在信号。
在发送包的过程中，当所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元从所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器接收到所述包存在触发信号时，在发送了所述第一双FIFO存储器的通信包之后，所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元可以向所述第二通信设备或所述第三通信设备发送所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器的各自的通信包。
所述第一双FIFO存储器、所述第二双FIFO存储器、所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器所需要的信号包的包大小和字符大小可以可变地调节。
所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元可以包括内建的优先权确定算法，其设计为优先地传输在时间上先从所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器中的每一个接收到的包。
所述双向包传输故障转移交换机可以进一步包括：第一串行驱动器，其配置为将通信媒介信号电平转换为用于从多个通信设备接收的包数据的TTL电平信号；以及第二串行驱动器，其配置为将所述TTL信号转换为用于要向所述多个通信设备发送的包数据的通信媒介信号电平。
所述双向包传输故障转移交换机可以进一步包括用于全双工通信发送/接收结构的多个输入/输出端子，多个通信设备分别设置有TX或RX。
所述控制单元可以通过可编程逻辑控制单元IC来实现，并设计为使得通信包的实时传输及包之间的空闲时间根据通信波特率而自动地变化。
根据本发明的实施例，将基于串行通信的长距离信号通信设备多路复用为终端装置的两个通信设备，并且对包进行传输，从而使单网络双倍扩展。因而，当在用于两个终端装置的通信设备中一个用于特定终端装置的通信设备执行异常操作时，另一个通信设备自动地执行备份操作。
此外，双向包同时地进行发送，并因此，在终端装置的两个通信设备之间执行了可靠的通信备份功能。
从下文给出的详细的说明书中，本申请的适用范围将更为显而易见。然而，应理解的是，详细说明书和具体的实施例仅以图示的方法给出来说明本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员而言，根据详细的说明书，在落于本发明的精神和范围内，多种变化和改进将是显而易见的。
附图说明
本文所包括的用以提供对本发明的进一步理解且合并在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了示例性实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是用于描述根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机的示意图；
图2是根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机的框图；
图3是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第一通信设备的发送数据通过的路径的框图；
图4是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第二通信设备的发送数据通过的路径的框图；以及
图5是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第三通信设备的发送数据通过的路径的框图。
具体实施方式
现在将参照附图对示例性实施例进行详细的描述。为了简化参照这些附图的说明，相同或等同的部件将具有相同的附图标记，并且将不再重复对其的说明。
下面将参照附图详细描述实施例。然而，本发明可以以不同的形式体现而不应理解为被列举的实施例所限制，而是，能够简单地通过增加、替换和改变导出包括在其他退步的发明的或落于本公开的精神和范围内的替代实施例，并对本领域的技术人员而言，本发明的概念将完全表达。
在本说明书中所选择而使用的术语包括当前、广泛使用、通用的术语。在特定的情况下，术语可以由申请人任意制定的。在这样的情况下，术语的含义将通过详细说明书的相关部分来定义。如此，用于本说明书中的术语不简单地通过其名称来定义，而是基于术语的含义和本发明的总说明书来定义。
在下面的说明书中，词组“包括(including)”不排除存在其他未列出的部件或步骤。
图1是用于描述根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机100的示意图。
参照图1，根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机100连接三个通信设备10、20和30。第一通信设备10、第二通信设备20和第三通信设备30具有全双工通信发送/接收结构，其中独立地设置有TX/RX。
双向包传输故障转移交换机100可以向第二通信设备20和第三通信设备30传输数据包，该数据包为向第一通信设备10发送或从第一通信设备10接收的数据包。
双向包传输故障转移交换机100可以包括控制单元110和存储器120。
双向包传输故障转移交换机100可以将第一通信设备10发送的数据通过NODE_A_TX端子101和NODE_B_RX端子103向第二通信设备20传输。
双向包传输故障转移交换机100可以将第一通信设备10发送的数据通过NODE_A_TX端子101和NODE_C_RX端子105向第三通信设备30传输。
双向包传输故障转移交换机100可以将第二通信设备20发送的数据通过NODE_B_TX端子104和NODE_A_RX端子102向第一通信设备10传输。
双向包传输故障转移交换机100可以将第三通信设备30发送的数据通过NODE_C_TX端子106和NODE_A_RX端子102向第一通信设备10传输。
控制单元110可以在存储器120中存储在第一通信设备10、第二通信设备20和第三通信设备30之间发送和接收的数据。
控制单元110可以基于存储在存储器120中的数据，按在第一通信设备10、第二通信设备20和第三通信设备30之间发送和接受的该数据的传递顺序来发送数据。
图2是根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机的框图。
参照图2，根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机可以包括：第一发送控制单元111、第一接收控制单元112、第二发送控制单元113和第二接收控制单元114。
控制单元110可以通过如现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件(CPLD)等可编程逻辑控制单元IC来实现。因而，控制单元110可以通过逻辑框图和逻辑语言来实现，并可以设计为使得通信包的实时传输及包之间的空闲时间根据通信波特率而自动地变化。
双向包传输故障转移交换机100可以包括存储器120，存储器120包括第一双FIFO(先入先出)存储器121、第二双FIFO存储器121、第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124。
双向包传输故障转移交换机100可以包括第一串行驱动器131、第二串行驱动器132、第三串行驱动器133、第四串行驱动器134、第五串行驱动器135和第六串行驱动器136。
第一发送控制单元111可以是判定在第一双FIFO存储器121和第二FIFO存储器124中的待发送的包的FIFO控制器，并且其按时间顺序向第二通信设备20传输包。
第二发送控制单元113可以是判定在第一双FIFO存储器121和第一FIFO存储器123中的待发送的包的FIFO控制器，并且其按时间顺序向第三通信设备30传输包。
第一接收控制单元112可以是向第一FIFO存储器123和第二双FIFO存储器122传输从第二通信设备20接收的包的FIFO控制器。
第二接收控制单元114可以是向第二FIFO存储器124和第二双FIFO存储器122传输从第三通信设备30接收的包的FIFO控制器。
第一双FIFO存储器121和第二双FIFO存储器122均可以是具有双端口输入/输出结构的FIFO存储器。
第一双FIFO存储器121和第二双FIFO存储器122均可以配备有两个安装在其中的FIFO存储器，并可以以FIFO方案按要处理的包的顺序来工作。
第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124均可以是单端口输入/输出FIFO存储器。第一FIFO存储器123可以存储从第一接收控制单元112接收的包，并向第二发送控制单元113传输包的存储的状态。
第二FIFO存储器124可以存储从第二接收控制单元114接收的包，并向第一发送控制单元111传输包的存储的状态。
第一串行驱动器131、第三串行驱动器133和第五串行驱动器155可以将通信媒介(例如RS323或RS485)信号电平转换为TTL电平信号。
第二串行驱动器132、第四串行驱动器134和第六串行驱动器136可以将TTL电平信号转换为媒介电平信号。
第一接收控制单元112和第二接收控制单元114可以将TTL比特流数据划分为8比特(1字节)数据，并将该8比特数据存储在第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124中。
因而，当以通信波特率自动地维持1.5字符(8比特)空闲状态时，可以判定发送结束，并且输入或输出自第二通信设备20和第三通信设备30的TTL电平信号可以存储在第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124中的包单元中。
第一发送控制单元111和第二发送控制单元113可以从第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124接收指示是否接收到包的触发信号，以确定优先权，并且向第二通信节点20和第三通信节点30发送通信数据包。
图3是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第一通信设备的发送数据通过的路径的框图。
参照图3，在双向包传输故障转移交换机100中，第一通信节点10的发送数据可以通过NODE_A_TX端子101输入至第一串行驱动器131。
第一串行驱动器131可以将通信媒介(例如，RS323或RS485)信号电平转换为TTL电平信号，并将TTL电平信号存储在第一双FIFO存储器121中。第一发送控制单元111可以读取来自第一双FIFO存储器121的数据，并且向第二串行驱动器132输出数据。第二串行驱动器132可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并通过NODE_B_RX端子103向第二通信设备20传输通信媒介信号电平。
第二发送控制单元113可以读取来自第一双FIFO121的数据，并且向第四串行驱动器134输出数据。第四串行驱动器134可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并通过NODE_C_RX端子105向第三通信设备30传输通信媒介信号电平。
可以通过NODE_A_TX端子101输入第一通信设备10的发送数据，通过第一串行驱动器131将其转换为TTL电平，并将其存储在第一双FIFO存储器121中。
第一双FIFO存储器121可以向第一发送控制单元111和第二发送控制单元113传输作为触发信号的包存在信号。
第一发送控制单元111和第二发送控制单元113可以接收触发信号，并可以立即通过第二串行驱动器132和第四串行驱动器134向NODE_B_RX端子103或NODE_C_RX端子105发送通信包。
在发送包的过程中，当第一发送控制单元111和第二发送控制单元113从第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124接收到包存在触发信号时，在发送了第一双FIFO存储器121的通信包之后(1.5字符空闲时间之后)，第一发送控制单元111和第二发送控制单元113可以向NODE_B_RX端子103或NODE_C_RX端子105发送第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124的各自的通信包。
第一双FIFO存储器121、第二双FIFO存储器122、第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124所需要的信号包的包大小和字符大小可以可变地调节。
第一发送控制单元111和第二发送控制单元113可以包括内建的优先级确定算法，其设计为优先地传输在时间上先从所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器中的每一个接收到的包。
第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124可以用于存储数据的用途及在传输在先包的中途存储多个包的用途。
图4是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第二通信设备的发送数据通过的路径的框图。
参照图4，在双向包传输故障转移交换机100中，第二通信设备20的发送数据可以通过NODE_B_TX端子104输入至第三串行驱动器133。
第三串行驱动器133可以将通信媒介(例如，RS323或RS485)信号电平转换为TTL电平信号，并向第一接收控制单元112传输TTL电平信号。第一接收控制单元112可以在第二双FIFO存储器122和第一FIFO存储器123中存储输入的数据。第二发送控制单元113可以从第一FIFO存储器123读取数据，并且向第四串行驱动器134输出数据。第四串行驱动器134可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并且通过NODE_C_RX端子105向第三通信设备30传输通信媒介信号电平。
第二双FIFO存储器122可以向第六串行驱动器136输出输入的数据。第六串行驱动器136可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并且通过NODE_A_RX端子102向第一通信设备10传输通信媒介信号电平。
可以通过NODE_B_TX端子104输入来自第二通信设备20的发送数据，通过第三串行驱动器133将其转换为TTL电平，并通过第一接收控制单元112将其存储在第一FIFO存储器123和第二双FIFO存储器122中。
第二双FIFO存储器122可以向NODE_A_RX端子102优先地传输通过应用FIFO方案在从双端口接收的包中在时间上第一次接收并存储的包。
通过向第二发送控制单元113传输通信包传输触发信号，则可以通过第二发送控制单元113的优先权算法将存储在第一FIFO存储器123中的包发送至NODE_C_RX端子105。
图5是示出根据本发明的实施例的用于串行通信的双向包传输故障转移交换机中的传输第三通信设备的发送数据通过的路径的框图。
参照图5，在双向包传输故障转移交换机100中，第三通信设备30的发送数据可以通过NODE_C_TX端子106输入至第五串行驱动器135。
第五串行驱动器135可以将通信媒介(例如，RS323或RS485)信号电平转换为TTL电平信号，并向第二接收控制单元114传输TTL电平信号。第二接收控制单元114可以在第二双FIFO存储器122和第二FIFO存储器124中存储输入的数据。第一发送控制单元111可以从第二FIFO存储器124读取数据，并且向第二串行驱动器132输出数据。第二串行驱动器132可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并且通过NODE_B_RX端子103向第二通信设备20传输通信媒介信号电平。
第二双FIFO存储器122可以向第六串行驱动器输出输入的数据。第六串行驱动器136可以将TTL电平信号转换为通信媒介信号电平，并且通过NODE_A_RX端子102向第一通信设备10传输通信媒介信号电平。
可以通过NODE_C_TX端子106输入来自第三通信设备30的发送数据，通过第五串行驱动器135将其转换为TTL电平，并通过第二接收控制单元114将其存储在第二FIFO存储器124和第二双FIFO存储器122中。
第二双FIFO存储器122可以向NODE_A_RX端子102优先地传输通过应用FIFO方案在从双端口接收的包中在时间上第一次接收并存储的包。
通过向第一发送控制单元111传输通信包传输触发信号，则可以通过第一发送控制单元111的优先权算法将存储在第二FIFO存储器124中的包发送至NODE_B_RX端子103。
如上参照图3至图5所述，双向包传输故障转移交换机100可以以存储并通过首先将包存储在第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124中，并而后将其发送的方案来工作，所述包为通过双向包传输故障转移交换机100从第一通信设备10、第二通信设备20和第三通信设备30接收的包。
此外，双向包传输故障转移交换机100可以具有通过第一接收控制单元112和第二接收控制单元113将包存储在第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124中的结构，并且根据优先权通过第一接收控制单元112和第二接收控制单元113来传输存储在第一FIFO存储器123和第二FIFO存储器124中的包。
根据这样的方案，将数据发送到了第二通信设备20或第三通信设备的不同节点，而同时从第一通信设备10、第二通信设备20或第三通信设备30接收到的信号没有信号的冲突，并且提供了双向包传输故障转移交换功能，其中，向第一通信设备10发送同时从两个通信设备20和30接收到的包。
前述的实施例和有益效果仅仅是示例性的并且不应视为限制本公开。本教导能够易于应用在其他种类的装置上。本说明书旨在示意性的，而非旨在限制权利要求书的范围。对本领域的技术人员而言，多种替代例、改进例和变型例是显而易见的。本文描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特性可以以各种方式组合，以获得另外的和/或替代的示例性实施例。
由于本特征可以以几种形式实施而不偏离其特性，还应该理解的是，除非另有说明，上述实施例不受前述说明的任何细节的限制，而应该广泛地认为落在所附权利要求书所限定的范围内，并且因此所附权利要求书旨在包括落入所述权利要求界限范围内，或这样界限等同物范围内的全部变化和修改。

Claims (8)

1.一种用于串行通信的双向包传输故障转移交换机，包括：
存储器，其配置为将用于在多个通信设备之间双向通信而发送或接收的包数据划分为多个特定数据单元，并存储所划分的数据；以及
控制单元，其配置为从所述存储器接收指示是否接收到所述包数据的触发信号，根据所述数据包接收的顺序来判定优先权，并且向其他通信设备发送所述包数据，
其中，
所述存储器包括：第一双FIFO存储器，其配置为存储从第一通信设备接收到的包数据；第一FIFO存储器，其配置为存储从第二通信设备接收到的包数据；以及第二FIFO存储器，其配置为存储从第三通信设备接收到的包数据，并且
所述控制单元包括：第一发送控制单元，其配置为从所述第一双FIFO存储器和所述第二FIFO存储器读取数据以根据优先权向所述第二通信设备输出所述数据；以及第二发送控制单元，其配置为从所述第一双FIFO存储器和所述第一FIFO存储器读取数据以根据优先级向所述第三通信设备输出所述数据,
其中，所述第一双FIFO存储器向所述第一发送控制单元和第二发送控制单元传输作为触发信号的包数据存在信号。
2.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，其中，
所述存储器进一步包括：第二双FIFO存储器，其配置为存储要向所述第一通信设备输出的包数据，并且
所述控制单元包括：第一接收控制单元，其配置为在所述第一FIFO存储器和所述第二双FIFO存储器中存储从所述第二通信设备接收的包数据；以及第二接收控制单元，其配置为在所述第二FIFO存储器和所述第二双FIFO存储器中存储从所述第三通信设备接收的包数据。
3.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，其中，在发送包的过程中，当所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元从所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器接收到所述包存在触发信号时，在发送了所述第一双FIFO存储器的通信包之后，所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元可以向所述第二通信设备或所述第三通信设备发送所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器的各自的通信包。
4.根据权利要求2所述的双向包传输故障转移交换机，其中，所述第一双FIFO存储器、所述第二双FIFO存储器、所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器所需要的信号包的包大小和字符大小能可变地调节。
5.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，其中，所述第一发送控制单元和所述第二发送控制单元包括内建的优先权确定算法，其设计为优先地传输在时间上先从所述第一FIFO存储器和所述第二FIFO存储器中的每一个接收到的包。
6.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，进一步包括：
第一串行驱动器，其配置为将通信媒介信号电平转换为用于从多个通信设备接收的包数据的TTL电平信号；以及
第二串行驱动器，其配置为将所述TTL信号转换为用于要向所述多个通信设备发送的包数据的通信媒介信号电平。
7.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，进一步包括用于全双工通信发送/接收结构的多个输入/输出端子，其中多个通信设备分别设置有TX或RX。
8.根据权利要求1所述的双向包传输故障转移交换机，其中，所述控制单元通过可编程逻辑控制器IC来实现，并设计为使得通信包的实时传输及包之间的空闲时间根据通信波特率而自动地变化。
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