CN104753716A - 传输系统错误检测和校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种系统和一种方法。一个实施例描述一种用于数据传输系统中的实时错误校正方法，所述方法包括：通过第一串行链路在第一可编程逻辑设备上从第二可编程逻辑设备接收第一通信信号；通过第二串行链路在所述第一可编程逻辑设备上从所述第二可编程逻辑设备接收第二通信信号，其中所述第一串行链路和所述第二串行链路彼此并行设置并且配置用于通过单一导管进行通信，并且所述第一通信信号和所述第二通信信号表示相同信息。所述方法进一步包括：在所述第一可编程逻辑设备中比较所述第一通信信号和所述第二通信信号以便检测所述第一通信信号、所述第二通信信号或两者中的数据上的错误，并且当检测到所述错误时，至少部分基于所述第一通信信号和所述第二通信信号的所述比较实时校正所述第一可编程逻辑设备中的所述错误。

Description

传输系统错误检测和校正系统及方法

技术领域

本说明书公开的主题涉及传输系统，并且更确切地涉及用于数据传输系统的硬件串行链路故障检测系统。

背景技术

一般来说，数据传输系统可被利用来从一个输入/输出(I/O)设备向另一个I/O设备传送数据。例如，传输系统可在工业控制系统中利用，来促进与诸如涡轮机、发电机、压缩机、燃烧器等的多种设备交接并且控制它们的各种工业控制器之间的通信。更确切地，传输系统可使控制器能够彼此传达数据，诸如传达控制命令。例如，第一控制器可通过传输系统来向第二控制器传输控制命令以便启动涡轮机的操作。因此，提高传输系统的可靠性将会是有益的。

发明内容

下文概述与最初提出权利要求的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例不意图限制本发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供对本发明的可能形式的简述。实际上，本发明可涵盖可与下述实施例类似或不同的各种形式。

第一实施例描述一种用于数据传输系统中实时错误校正的方法，所述方法包括：通过第一串行链路来在第一可编程逻辑设备上从第二可编程逻辑设备接收第一通信信号；通过第二串行链路来在第一可编程逻辑设备上从第二可编程逻辑设备接收第二通信信号，其中第一串行链路和第二串行链路是彼此并行设置并且配置用于通过单一导管进行通信，并且第一通信信号和第二通信信号表示相同信息。所述方法进一步包括：在第一可编程逻辑设备中比较第一通信信号和第二通信信号以便检测第一通信信号、第二通信信号或两者中的数据上的错误，并且当检测到错误时，至少部分基于第一通信信号和第二通信信号的比较来在第一可编程逻辑设备中实时校正错误。

第二实施例描述一种包括可编程逻辑设备的数据传输系统。所述可编程逻辑设备包括：第一串行端口，所述第一串行端口可通信地联接至第一串行链路，其中第一串行端口从该第一串行链路接收第一传输信号；以及第二串行端口，所述第二串行端口可通信地联接至第二串行链路，其中第二串行端口从该第二串行链路接收第二传输信号。第一串行链路和第二串行链路是彼此并行设置并且通过单一导管进行通信，并且第一通信信号和第二通信信号表示相同信息。所述可编程逻辑设备进一步包括电路，用以比较第一通信信号和第二通信信号以便检测第一通信信号、第二通信信号或两者中所包括的数据上的错误，并且当检测到错误时，至少部分基于第一通信信号和第二通信信号的比较来实时校正错误。

第三实施例描述一种用于操作数据传输系统的方法，所述方法包括：通过比较已传输的第一通信信号和第二通信信号来在可编程逻辑设备中检测第一通信信号、第二通信信号或两者中表示的数据上的错误，其中第一通信信号和第二通信信号是由可编程逻辑设备并行接收，第一通信信号和第二通信信号表示相同信息，并且检测所述错误仅仅包括在可编程逻辑设备中的硬件检测。所述方法进一步包括：当检测到错误时，确定错误类型；以及至少部分基于错误类型、第一通信信号、第二通信信号或其任何组合来在可编程逻辑设备中校正错误。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面及优点，在附图中，类似符号代表所有附图中的类似部分，其中：

图1为根据实施例的数据传输系统的示意图；

图2为根据实施例的图1所描绘数据传输系统中的控制器的方框图；

图3为根据实施例的三重模块冗余控制器的方框图；

图4为根据实施例的通信信号的方框图；

图5为根据实施例描绘一种向数据传输系统传输通信信号的过程的流程图；

图6为根据实施例描绘一种从数据传输系统接收通信信号的过程的流程图；

图7为根据实施例描绘一种检测串行链路中故障的过程的流程图；以及

图8为根据实施例描绘一种检测并且校正所接收的通信信号中错误的过程的流程图。

具体实施方式

下文将会描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要描述，说明书中可能不会描述实际实施方案中的所有特征。应当了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方案时，均应做出与实现方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实现方案的不同而有所不同。另外，应当了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对所属领域中受益于本发明的普通技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在表示有一个或多个这种元件。术语“包括”和“具有”意图表示包括性的含义，并且旨在表示除了所列元件之外，可能还有其他元件。

数据传输系统通常被利用于诸如工业控制系统和自动系统的系统中，以促进系统内各种输入/输出(I/O)设备之间的通信。例如，数据传输系统可使各种控制器能够与彼此进行通信。一般来说，控制器与诸如涡轮机、发电机、压缩机、燃烧器、传感器、泵、阀、其他现场设备等的各种设备交接并且控制它们。因此，控制器传达的数据可包括受控设备收集的数据、控制命令、设备状态等。由于系统的可利用数据传输系统的性质，因此提高此类数据传输系统的可靠性将会是有益的。

一种提高数据传输系统可靠性的技术可包括利用各种通信协议，诸如用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC)、Modbus、基金会现场总线(Foundation Fieldbus)、过程现场总线和/或BACnet。一般来说，这些通信协议可使用一些软件来监督和处理。例如，当利用基金会现场总线时，可利用某个级别的处理来执行用于传输和接收数据的功能块。然而，由于一些I/O设备可不包括对此类协议的期望处理能力，因此本说明书公开包括了这样的实施例：不管处理能力如何，提高用于I/O设备的传输系统的可靠性。因此，本说明书中描述的技术提供用于在包括安全系统应用的各种应用中通信的低级串行链路。低级串行链路可使用较少的处理和资源(例如，软件资源和硬件资源)而仍提供合适的操作来满足期望安全完整性等级(SIL)认证，包括SIL1、2、3和/或4。在某些实施例中，低级串行链路可应用硬件故障检测方案，以便提供适用于减少处理和其他资源的使用的期望安全认证。

因此，第一实施例描述一种包括可编程逻辑设备的容错传输系统。所述可编程逻辑设备包括：第一串行端口，所述第一串行端口可通信地联接至第一串行链路，其中第一串行端口从该第一串行链路接收第一传输信号；以及第二串行端口，所述第二串行端口可通信地联接至第二串行链路，其中第二串行端口从该第二串行链路接收第二传输信号。第一串行链路和第二串行链路是彼此并行设置并且通过第一单一导管进行通信，并且第一通信信号和第二通信信号表示相同信息。所述可编程逻辑设备进一步包括电路，所述电路通过对第一通信信号和第二通信信号进行比较来检测第一串行链路、第二串行链路或两者中的故障，并且当检测到故障时，确定传输系统是否可在不管该故障的情况下继续操作。换言之，接收表示相同信息的并行通信信号使得能够检测在各种设备之间通信链路(例如，串行链路)中的故障。此外，传输系统通过对检测到的故障的智能反应而可以是更容错的。

另外，第二实施例描述一种包括可编程逻辑设备的数据传输系统。所述可编程逻辑设备包括：第一串行端口，所述第一串行端口可通信地联接至第一串行链路，其中第一串行端口从该第一串行链路接收第一传输信号；以及第二串行端口，所述第二串行端口可通信地联接至第二串行链路，其中第二串行端口从该第二串行链路接收第二传输信号。第一串行链路和第二串行链路是彼此并行设置并且通过单一导管进行通信，并且第一通信信号和第二通信信号表示相同信息。所述可编程逻辑设备进一步包括电路，用以比较第一通信信号和第二通信信号以便检测第一通信信号、第二通信信号或两者中所包括的数据上的错误，并且当检测到错误时，至少部分基于第一通信信号和第二通信信号的比较来实时校正错误。换言之，接收表示相同信息的并行通信信号使得能够检测和实时校正通信信号中的错误。如本说明书中使用，“实时”意图表示紧随先前步骤。例如，一旦检测到错误，就可立即开始错误校正。

如以下将更详细地描述，在一些实施例中，数据传输系统可在有较少软件监督或无软件监督的情况下利用硬件以提高传输系统的可靠性。因此，提高的数据传输系统可靠性可提供给具有处理器和不具有处理器的I/O设备。此外，本说明书中描述的技术使I/O设备能够符合国际电工技术委员会(IEC)61508，并且在一些实施例中，满足SIL1、2、3和/或4认证。

通过介绍，图1描绘工业控制系统12中设置的数据传输系统10的实施例。工业控制系统12包括多个控制器14，控制器14各自可与工业控制系统12中的各种设备交接并且控制它们。如图所描绘，第一控制器联接至涡轮机16(例如，燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、水力涡轮机)并控制涡轮机16，并且可通信地联接至传感器18，并且第二控制器联接至阀20和泵22并控制阀20和泵22。在其他实施例中，控制器14可联接至工业控制系统12中的其他设备(诸如燃烧器、发电机以及其他涡轮机械)并且控制它们。

此外，如图所描绘，控制器14可通过数据传输系统10与彼此通信。在工业控制系统12的一些实施例中，数据传输系统10可包括高速以太网(HSE)网络或H1网络。然而，如以下将更详细地描述，本说明书中描述的技术可利用任何串行的点到点架构。通过利用数据传输系统10，控制器14可传达各种类型数据，诸如相连接设备的状态、已收集的测量结果以及控制命令。例如，第一控制器可通过数据传输系统10来向第二控制器传输传感器18收集的测量结果。作为响应，第二控制器可传输指示第一控制器修改涡轮机16的操作的控制命令。因此，为了促进通信、相连接设备的控制以及控制器的各种其他功能，控制器14包括一个或多个处理器24以及存储器26，存储器26可存储一个或多个处理器24可执行的非暂时性机器可读指令。

图2中描绘数据传输系统10的实施例的细节图。如图所描绘，每个控制器14包括数据传输子系统15。在一些实施例中，数据传输子系统15可为诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑阵列、通用阵列逻辑或其任何组合的可编程逻辑设备。在其他实施例中，子系统15可为专用集成电路。另外，数据传输子系统15可被包括作为每个控制器14的硬件子系统(例如，作为热插拔卡)。可包括子系统15的控制器14的一个示例是可从纽约州斯卡奈塔第市的通用电气公司购得的Mark VIe控制系统。

在描绘的实施例中，数据传输子系统15执行的功能被表示为可由控制器处理器24和/或存储器26执行的功能块。如图所描绘，子系统15包括时钟系统(功能块27)、自由运行计数器(FRC)(功能块28)、数据I/O(功能块30)、数据比较/复制(功能块32)以及将控制器14联接至数据传输系统10的并行I/O端口(功能块34和36)。如以下将更详细地描述，FRC 28可生成定时数据以使通信信号能够时间同步；数据I/O端口30可生成通信信号；以及数据比较/复制32可复制通信信号、检测通信链路(例如，串行链路)中的故障，并且检测/校正所接收的通信信号中的错误。

此外，如图所描绘，传输系统10包括单一导管(例如，线缆)38以及联接至导管38的任一端的并行串行收发器40和42。更确切地，串行收发器40和42与I/O端口34和36相连接，以使控制器14能够通过子系统15与其他控制器14通信。串行收发器40和42可为RS-232收发器、RS-485收发器、差分总线收发器、单端收发器或其他低级串行收发器。在一些实施例中，仅仅一根线缆(例如，Cat 5、Cat 5e或Cat 6)用于连接两个子系统15，由此最小化导管和相关设备。在其他实施例中，可使用多根线缆。在一些实施例中，串行收发器40和42可以低于射频的频率来传输通信信号，以最小化信号中由射频造成的噪声的量。例如，串行收发器40和42可在1至20MHz、20至30MHz、30至40MHz、40至50MHz、50至60MHz、60至100MHz或其任何组合之间进行通信，以使数据传输能够在1至20兆比特/秒、20至30兆比特/秒、30至40兆比特/秒、40至50兆比特/秒、50至60兆比特/秒、60至100兆比特/秒或其任何组合之间进行。

尽管并未明确描述，但是单一导管38包括第一串行链路，第一串行链路联接串行收发器40；以及第二串行链路，第二串行链路并行联接串行收发器42。更确切地，第一串行链路和第二串行链路可允许在控制器14之间并行传输通信信号。例如，第一通信信号可通过第一串行链路传输，并且第二通信信号可通过第二串行链路并行并在基本上相同的时间传输。如以下将更详细地描述，第一通信信号和第二通信信号可表示相同信息，这有利于串行链路中的故障检测以及通信信号中的错误检测/校正。在一些实施例中，合适导管38可为5类(Cat5)线缆，因为它包括了八条串行导线，这允许四条导线用于第一串行链路并且四条导线用于第二串行链路。在其他实施例中，第一串行链路和第二串行链路可被包括在单独的管道上。此外，如图所描绘，单一导管38将一个控制器联接至另一个，由此建立串行的点到点架构。如本说明书中使用，“点到点架构”意图描述当一个设备直接联接另一设备的情况。换言之，在一些实施例中，控制器14可排他地通过导管38通信，这使两个控制器14能够预先确定(例如，期望或预期)其他控制器14的身份、通信信号传输时间、通信信号序列或其任何组合。这种架构可适于相隔1至10米、10至20米、20至30米、30至40米、40至100米或其任何组合的设备之间的通信。

在一些实施例中，控制器14可为三重模态冗余(TMR)控制器14，如图3描绘。一般来说，TMR控制器14可通过利用三个核芯来提高可靠性。更确切地，如图所描绘，TMR控制器14包括各自功能基本上相同的R核芯46、S核芯48和T核芯50。因此，TMR控制器14通过投票方案操作，以便减少故障核芯(例如，46、48或50)影响。

如图所描绘，TMR控制器14中的R核芯46是由第一传输系统52联接，S核芯48是由第二传输系统54联接，并且T核芯是由第三传输系统56联接。更确切地，在一些实施例中，每个传输系统(例如，52、54和56)可类似于上述数据传输系统10那样运行，例如通过包括数据传输子系统15并且基本上独立于彼此进行操作。更确切地，每个传输系统(例如，52、54和56)可包括第一串行链路和第二串行链路(或子系统15的任何其他部件)，以允许在每对核芯之间并行传输通信信号。换言之，第一传输系统52可在R核芯46之间传输并行通信信号(例如，两个或更多个相同数据传输)，第二传输系统54可在S核芯48之间传输并行通信信号，并且第三传输系统56可在T核芯50之间传输并行通信信号。另外，如上所述，第一串行链路和第二串行链路可被包括在单一导管或两个单独导管中。因此，在图3描绘的实施例中，可利用三个单独导管或六个单独导管。可替代地，所有六个串行链路可被包括在单一导管中。

图4中描绘可在控制器14之间通过数据传输系统10来传输的通信信号58的实施例。如图所描绘，通信信号58包括通信信号数据60、序列编号62、定时数据64、发送者标识66以及错误校验数据68。通信信号数据60可包括意图在控制器14之间传达的数据。例如，通信信号数据60可包括控制命令、登录数据、验证数据、投票数据、测量数据、设备状态等。

序列编号62可表示通信信号58被传输的次序。在一些实施例中，序列编号62可被包括在通信信号58的报头中。因此，序列编号62可使接收控制器14能够确定通信信号58被传输的次序。

如上所述，定时数据64可由FRC 28生成，以使通信信号58能够时间同步。例如，在一些实施例中，定时数据64可为表示FRC 28中的计数的唯一字符。因此，如果在传输和接收控制器14中的FRC 28是同步的，那么定时数据64使接收控制器14能够确定通信信号58何时传输。

发送者标识66可标识传输控制器14。例如，在一些实施例中，该发送者标识可为媒体访问控制(MAC)地址、专用唯一模块标识代码或其他类似的唯一标识符。在一些实施例中，专用唯一模块标识代码可包括包含日期代码的唯一序列号。因此，发送者标识66可使接收控制器14能够确定传输控制器14的身份。

错误校验数据68可包括促进诸如循环冗余校验、校验和、加密散列函数等的错误校验技术的数据。例如，当利用循环冗余校验时，错误校验数据68可包括通信信号58的多项式除法的余数。在操作中，传输控制器14可执行错误校验技术并且编码通信信号58上的错误校验数据68(例如，校验和)。因此，接收控制器14可通过重复错误校验技术并将结果与错误校验数据68匹配(例如，重新计算校验和并用所传输的校验和检验计算结果)来对错误/故障进行检测。

如上所述，传输系统10使得能够在控制器14之间传输通信信号58。图5描绘一种可被传输控制器14并且更确切地被数据传输子系统15(例如，可编程逻辑设备)利用来传输并行通信信号的过程70的实施例。过程70可由存储器26中存储的非暂时性机器可读指令或代码来实施，并由处理器24执行。在描绘的实施例中，过程70是以生成第一通信信号(括号72)开始，其包括了生成通信信号数据(过程块74)、编码序列编号(过程块76)、编码定时数据(过程块78)、编码发送者标识(过程块80)以及编码错误数据(过程块82)。过程70接着是生成第二通信信号(过程块84)，并且在第一串行链路上传输第一通信信号(过程块86)以及在第二串行链路上并行传输第二通信信号(过程块88)。

更确切地，第一通信信号可由数据I/O 30生成。为了生成通信信号数据60(过程块74)，数据I/O 30可收集将要在第一通信信号上传输的数据。例如，当将要传输设备状态时，数据I/O 30可轮询所连接的设备(例如，16、20或22)以获得该设备的状态，或从监控该设备的传感器(例如，18)取回测量结果。为了编码序列编号62(过程块76)，数据I/O 30可包括随着所传输的每个通信信号递增的顺序计数器。因此，来自计数器的计数可包括为序列编号62，用以表示通信信号58被传输的次序。为了编码发送者标识66(过程块80)，数据I/O 30可从传输控制器的存储器26检索标识传输控制器的所存储的唯一标识符。

为了编码定时数据64(过程块78)，数据I/O 30可从FRC 28接收定时数据64。更确切地，FRC 28可基于从系统时钟27接收的定时信号生成定时数据64。例如，FRC 28可基于定时信号向上计数，并且在计数达到特定计数时将其重置。基于将要传输通信信号58时的计数，FRC 28可输出表示该计数的唯一字符。因此，当接收通信信号58时，该接收控制器可将唯一字符与它自己的FRC 28中的计数进行比较，以便确定通信信号58何时传输。

为了编码错误校验数据68(过程块82)，数据I/O 30可执行数据校验方法，诸如循环冗余校验、校验和、加密散列函数等。例如，当利用循环冗余校验时，数据I/O 30可对通信信号58并且更确切地对通信信号数据60执行多项式除法并编码该除法的余数作为错误校验数据68。因此，接收控制器14可通过重复错误校验技术并将结果与错误校验数据68匹配来检测错误。在其他实施例中，编码序列编号62(过程块76)、编码定时数据64(过程块76)、编码发送者标识66(过程块76)以及编码错误校验数据68(过程块76)可以任何次序执行。

第一通信信号随后可从数据I/O 30被传送到数据比较/复制32，以生成第二通信信号(过程块84)。更确切地，数据比较/复制32可例如通过复制第一通信信号，来生成第二通信信号以与第一通信信号表示相同信息。此外或可替代地，为了生成第二通信信号，数据比较/复制32可翻转第一通信信号(例如，将“1”改变为“0”，反之亦然)，或颠倒第一通信信号(例如，使第一通信信号的最高有效比特位作为第二通信信号的最低有效比特位，等等)。例如，如果第一通信信号是“10011100”，那么颠倒的第二通信信号可为“00111001”并且翻转的第二信号可为“01100011”。

颠倒和/或翻转第一通信信号可有利于检测串行链路中的故障和/或检测/校正所传输的数据中的错误。例如，当使通信信号翻转时，如果在第一通信信号和第二通信信号中的比特位都是“高”的或“低”的，那么可检测到通信信号之一中的错误。此外，当使第二通信信号颠倒时，如果第一通信信号的最高有效比特位并不匹配第二通信信号的最低有效比特位，那么可检测到错误。另外，可通过用来自第二通信信号的非错误比特位替换第一通信信号上的错误比特位来校正所述错误。

第一通信信号可通过第一串行链路从数据比较/复制32传送至第一I/O端口34以待传输(过程块86)，并且第二通信信号可通过第二串行链路从数据比较/复制32传送至第二I/O端口36(过程块88)。如以下将更详细地描述，为了促进串行链路故障检测以及数据错误检测/校正，可将第一通信信号和第二通信信号并行地且基本上同时地传输。

在传输系统10的接收侧上，所传输的通信信号58由接收控制器14接收。图6描绘一种可被接收控制器14并且更确切地被数据传输子系统15(例如，可编程逻辑设备)利用来例如在单一导管(例如，Cat 5线缆)上接收并行通信信号58的过程90的实施例。过程90可由存储器26中存储的非暂时性机器可读指令或代码来实施，并由处理器24执行。如图所描绘，过程90是以等待第一通信信号(过程块92)并且等待第二通信信号(过程块94)开始。如果接收到第一通信信号(过程块96)并且接收到第二通信信号(过程块98)，那么将第一通信信和第二通信信号进行比较(括号100)，其可包括：比较第一通信信号和第二通信信号的逐比特位一致(过程块102)、比较所编码的序列编号(过程块104)、比较所编码的定时数据(过程块106)、比较发送者标识(过程块108)以及比较所编码的错误校验数据(过程块110)。

更确切地，数据比较/复制32可等待来通过第一I/O端口34接收第一通信信号(过程块92)，并且通过第二I/O端口36接收第二通信信号(过程块94)。在一些实施例中，这可包括针对定期调度的通信信号58采用看门狗超时(watchdog timeout)。换言之，数据比较/复制32可等待一段预先确定量的时间，诸如所调度通信信号58的预期到达时间，并且如果在该时间量内未接收到通信信号58，那么数据比较/复制信号58可输出超时信号。在一些实施例中，预期到达时间可由接收控制器14预先确定，因为如上所述利用点到点架构可使控制器14能够看到先前通信信号58的实际到达时间。因此，如图2描绘，数据比较/复制32被联接至时钟系统27以便接收定时信号。在一些实施例中，预期通信信号58为每1至5毫秒、5至8毫秒、8至10毫秒、10至12毫秒、12至15毫秒、15至30毫秒或其任何组合一次。因此，超时信号的输出可指示：通信信号58已被删除或延迟。

一旦接收第一通信信号和第二通信信号两者，数据比较/复制32就可开始对第一通信信号和第二通信信号进行比较(括号100)，这可有利于串行链路中的故障检测以及所传输数据中的错误检测/校正。更确切地，为了比较第一通信信号和第二通信信号的逐位一致(过程块102)，数据比较/复制32可在将第二通信信号与第一通信信号进行比较之前翻转或颠倒第二通信信号，因为如上所述，第二通信信号可为第一通信信号的颠倒或翻转型式。因此，逐位比较可指示通信信号58中的比特位已删除、插入或损坏。此外，如以下将更详细地描述，逐位比较可有利于通信信号58中的比特位的实时校正。

为了比较所编码的序列编号62(过程块104)，数据比较/复制32可从通信信号58的报头来检索序列编号62，这使控制器14能够确定通信信号58被传输的次序。更确切地，数据比较/复制32可将第一通信信号和第二通信信号中的一个或两个上编码的序列编号62与期望序列编号62进行比较。例如，如果通信信号58上编码的序列编号62是与先前一对通信信号相同，那么可检测到重复错误。另外，如果通信信号58上编码的序列编号62不同于预期序列编码，则可检测到删除、插入或重新排序错误。在一些实施例中，如上所述利用点到点串行架构可使接收控制器14能够维持预期序列编码，因为如果没有错误，那么每个所接收的通信信号58上编码的序列编号62将与先前所接收的通信信号58上编码的序列编号62具有预先确定的关系。因此，比较序列编号62可指示：通信信号58中的一个或两个发生重复、删除、插入或重新排序。

为了比较所编码的定时数据64(过程块106)，数据比较/复制32可使第一通信信号和第二通信信号中的一个或两个时间同步。在一些实施例中，这可包括通过以下方式确定通信信号58被传输的时间：将通信信号58上编码的定时数据64与存储器26中存储的由在接收控制器14上的FRC 28所生成的定时数据64匹配。例如，传输和接收控制器两者上的FRC 28可生成唯一字符“X”用以指示3:00pm。另外，如果通信信号58上编码的定时数据64是与先前所接收的通信信号58上编码的定时数据64相同，可检测到重复错误。另外，如果通信信号58上编码的定时数据64早于先前所接收的通信信号58上编码的定时数据64，可检测到重新排序错误或延迟错误。因此，比较所编码的定时数据64可指示：通信信号58中的一个或两个发生重复、重新排序或延迟。

为了比较发送者标识66(过程块108)，数据比较/复制32可确定传输控制器14的身份。更确切地，这可包括将第一通信信号和第二通信信号中的一个或两个上编码的发送者标识66与存储器26中存储的发送者标识66匹配。例如，控制器存储器26可存储对应于控制器预期从中接收通信信号58的设备的发送者标识66列表。在一些实施例中，如上所述利用点到点串行架构可使得接收控制器14能够预先确定控制器14被联接至哪些设备并存储与那些设备关联的发送者标识。因此，比较所编码的发送者标识66可指示：如果所编码的发送者标识66对应于控制器14并不预期从中接收通信信号58的设备，则可插入通信信号58中的一个或两个。

为了比较所编码的错误校验数据68(过程块110)，数据比较/复制32可在第一通信信号和第二通信信号中的一个或两个上执行错误校验技术，诸如循环冗余校验(CRC)，以便确定所接收的通信信号58是否损坏。更确切地，数据比较/复制32可复制传输控制器14中执行的错误校验技术并且将其结果与所编码的错误校验数据68进行比较。因此，比较所编码的错误校验数据68可指示：通信信号58中的一个或两个损坏或以其他方式不与彼此匹配。

在其他实施例中，逐位比较通信信号(过程块102)、比较所编码的序列编号62(过程块104)、比较所编码的定时数据64(过程块106)、比较发送者标识66(过程块108)以及比较错误校验数据68(过程块110)可以任何次序执行。此外，在某些实施例中，对插入、删除、延迟或其任何组合的检测可能指示伪装。如本说明书中使用，伪装意图描述进入传输系统10中的未验证的入侵。例如，当插入、删除或延迟通信信号58时，这可指示：未授权的设备(例如，控制器14)正在访问传输系统10并且更改通信信号58。

如上所述，分别通过第一串行链路和第二串行链路来并行传输表示基本上相同信息的第一通信信号和第二通信信号使得能够检测在第一串行链路、第二串行链路或两者中的故障和/或伪装。图7中描绘一种可利用来检测串行链路中故障的过程112的一个实施例。过程112可由存储器26中存储的非暂时性机器可读指令或代码来实施，并由处理器24执行。如图所描绘，过程112可以等待第一通信信号和第二通信信号(决策块114)开始。如果两个通信信号都被接收，则可将第一通信信号和第二通信信号进行比较(过程块100)。基于是否输出超时信号和/或对通信信号的比较，可检测串行链路中的故障(决策块116)。如果未在串行链路中检测到故障，那么传输系统10继续操作(过程块118)。另一方面，如果检测到故障，那么可确定(决策块120)传输系统10是否应当不管检测到的故障而继续操作(过程块118)、还是应当中止操作(过程块122)。

更确切地，如上所述，数据比较/复制32可就通信信号58等待诸如通信信号帧的指定量的时间(过程块114)。如果通信信号58中的一个或两个未被接收，那么数据比较/复制32可输出超时信号以指示通信信号58中的一个或两个都已超时。另一方面，如果两个信号58在指定量的时间内被接收，那么数据比较/复制32可比较这些通信信号58(过程块100)，这可包括：比较第一通信信号58和第二通信信号58的逐位一致性(过程块102)、比较所编码的序列编号(过程块104)、比较所编码的定时数据(过程块106)、比较发送者标识(过程块108)以及比较所编码的错误校验数据(过程块110)。如上所述，比较通信信号可有利于通信信号中传输的数据中的错误检测。

基于对通信信号58的比较和/或是否输出超时信号，数据比较/复制32可确定在第一串行链路、第二串行链路或两者中是否存在故障(决策块116)。例如，如果第一通信信号已经超时，但是第二通信信号并未超时，那么数据比较/复制32可确定第一串行链路具有故障。另外，任何错误(例如，重复、删除、插入、重新排序、损坏、延迟或伪装)都可指示在一个或多个串行链路中的故障。例如，第一通信信号58而非第二通信信号58损坏可指示第一串行链路上的隔绝变弱并易受外界(诸如杂散电磁波)干扰。

此外，在一些实施例中，当检测到串行链路中的故障时，可基于故障更新串行链路的状态。例如，在检测到故障前，第一串行链路和第二串行链路的状态被设置为“良好”，但是当检测到第一串行链路中的故障时，可将第一串行链路状态更新为“故障”。如以下将进一步描述的，在其他实施例中，状态可包括中间状态以使传输系统10能够更审慎地管理操作。例如，如果只检测到单个错误或如果仅仅周期性地检测到错误(例如，并非在每个所传输的通信信号中)，那么串行链路可具有“部分故障”或“可能故障”的状态。例如，当检测到第一错误时，状态可从“正常运行”更新为“可能故障”，并且当在三个通信信号后检测到第二错误时，状态可再次更新为“故障”。

如果检测到故障，数据比较/复制32可基于与故障关联的环境更审慎地确定传输系统的操作是中止还是继续(决策块120)。换言之，每次在串行链路中检测到故障时，传输系统10可变为更容错的，并且并不立即关闭。在一些实施例中，决定是否继续操作可取决于串行链路的状态和通信信号58中包括的信息。例如，如果第一串行链路是“正常运行”，但是第二串行链路是“故障”，并且通信信号58仅仅传达温度测量结果，那么传输系统10可只基于通过第一串行链路接收的通信信号58继续操作。在这样的实施例中，控制器14可决定继续传输和接收传感器18的测量结果，但可决定中止对控制命令的传输/接收。

另外，影响决定是否继续传输系统10的操作的其他因素可包括利用传输系统10的系统的性质和通信信号中的错误历史。例如，糖果制造厂中的传输系统10可比核电站的传输系统更为容错，并且选择以一个“正常运行”串行链路和一个“可能故障”链路来操作，而核电站只可以用两个“正常运行”串行链路操作。另外，如果尚不存在错误历史，传输系统10可将错误归为异常，并且继续操作直至检测到后续错误。在这样的实施例中，传输系统10可决定在一个设定的时间段内继续操作，以使操作人员有机会来校正故障串行链路，但是如果故障在设定的时间段后仍不正确，那么中止操作。

此外，决定是否继续操作可取决于错误是否可实时校正。例如，如果错误是两个通信信号58上的最高有效比特位的删除或损坏并且使通信信号颠倒，传输系统10可基于被校正的通信信号58选择继续操作。以下将会更详细地描述通信信号58中错误的可校正性。

基于上述实例，应当理解，决定继续还是中止操作可基于多个因素中的一个或多个自定义，所述因素诸如：利用传输系统10的系统的性质、串行链路的状态、通信信号58中的错误是否可实时校正、通信信号58中传输的信息的性质、错误历史等。此类确定所利用的功能可由数据比较/复制32或处理器24和/或存储器26的其他系统来执行。

图8中描绘一种用于实时校正错误的过程124的一个实施例。过程124可由存储器26中存储的非暂时性机器可读指令或代码来实施，并由处理器24执行。如图所描绘，当检测到错误时(过程块126)，确定错误是否可校正(决策块128)。如果错误不可校正，传输系统10可中止操作(过程块132)。如果可校正，那么实时校正错误(过程块134)，并且传输系统10继续操作(过程块136)。

更确切地，数据比较/复制32可基于诸如错误类型和错误量值的各种因素确定错误是否可校正。例如，在上述实例中，如果错误仅仅损坏每个通信信号58的最高有效比特位并且使通信信号58颠倒，那么数据比较/重复32可通过用第二通信信号上的最低有效比特位替换第一通信信号上的最高有效比特位来校正错误，反之亦然。另外，如果检测到的错误是重复，传输系统10可简单地通过执行较早接收到的通信信号并且忽略后续接收到的通信信号来校正错误。类似地，如果检测到的错误是插入，传输系统可简单地通过忽略所插入的通信信号58来校正错误。另一方面，如果检测到的错误是伪装，那么错误可能不可校正，并且传输系统10可选择中止操作，因为已检测到进入传输系统10中的入侵。

基于上述实例，数据比较/复制32可通过用来自第二通信信号的非错误比特位替换第一通信信号中的错误比特位来实时校正影响第一通信信号的一个或多个比特位的错误。另外，数据比较/复制32可通过忽略第一通信信号来校正影响第一通信信号而不影响第二通信信号的错误。此外，数据比较/复制32可通过忽略第一通信信号和第二通信信号来校正影响这两者的错误。应当理解，检测到的错误的可校正性可以是特定于事实的。此类确定所利用的功能可由数据比较/复制32或处理器24和/或存储器26的其他部分来执行。

此外，本说明书中描述的技术使得错误能被实时校正或一经检测到错误就立即校正。例如，在上述实例中，当将第一通信信号和第二通信信号逐比特位比较时，第一通信信号的最高有效比特位可替换为第二通信信号的最低有效比特位，较早接收的通信信号58可在接收时即可执行，并且后续接收的通信信号可在接收时即被忽略，并且所插入的通信信号58可在接收时即被忽略。

虽然上述说明描述两个并行串行链路，但是其他实施例可包括多于两个并行串行链路(例如，三个或四个并行串行链路)。如可理解，对多于两个并行串行链路的使用通常可利用上述技术来提高数据传输系统10的可靠性。

所描述的实施例的技术效果包括增加数据传输系统10的可靠性。更确切地，数据传输系统10的可靠性可通过利用各自并行传输表示相同信息的通信信号58的并行串行链路得以提高。基于并行通信信号58的接收和比较，可检测到串行链路中的故障以及通信信号中的错误。因此，传输系统10的可靠性可通过使传输系统10更为容错并实时校正错误来提高。另外，在一些实施例中，故障和错误的检测和/或校正仅在使用硬件的情况下提供，这使提高的可靠性能够在不考虑处理能力的情况下被提供给所有设备。

本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域中的任何技术人员能实践本发明，包括制造并使用任何设备或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包含所属领域中的技术人员所想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义并无实质差别，那么此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种容错数据传输系统，所述数据传输系统包括：

可编程逻辑设备，所述可编程逻辑设备包括：

第一串行端口，所述第一串行端口配置用于可通信地联接至第一串行链路，其中所述第一串行端口配置用于从所述第一串行链路接收第一传输信号；

第二串行端口，所述第二串行端口配置用于可通信地联接至第二串行链路，其中所述第二串行端口配置用于从所述第二串行链路接收第二传输信号，其中所述第一串行链路和所述第二串行链路彼此并行设置并且配置用于通过单一导管进行通信，并且所述第一通信信号和所述第二通信信号表示相同信息；以及

电路，所述电路配置用于：

对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较以便检测所述第一通信信号和/或所述第二通信信号中包括的数据上的错误；并且

当检测到所述错误时，至少部分基于所述第一通信信号和所述第二通信信号的所述比较实时校正所述错误。

2.根据权利要求1所述的容错数据传输系统，其中所述电路配置用于通过以下方式实时校正所述错误：用来自所述第二通信信号的比特位替换所述第一通信信号中的比特位，或者忽略所述第一通信信号和/或所述第二通信信号。

3.根据权利要求1所述的容错数据传输系统，其中所述电路配置用于至少部分基于错误类型和错误量值确定所述错误是否可校正，并且实时校正所述错误是至少部分基于所述第一通信信号和所述第二通信信号的所述比较以及所述错误类型。

4.根据权利要求1所述的容错数据传输系统，其中所述电路配置用于检测所述第一通信信号或所述第二通信信号中的重复、删除、插入、重新排序、损坏、延迟、伪装或其任何组合。

5.根据权利要求1所述的容错数据传输系统，其中所述电路包括现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑阵列、通用阵列逻辑、专用集成电路或其任何组合。

6.根据权利要求1所述的容错数据传输系统，其中所述电路配置用于：

校验所述第一通信信号和所述第二通信信号之间的逐位一致性；

将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的序列编号与所述可编程逻辑设备中存储的预期序列编号进行比较；

将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的定时数据与所述可编程逻辑设备中存储的定时数据进行比较；

将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的发送者标识与所述可编程逻辑设备中存储的预期发送者标识进行比较；

对所述第一通信信号或所述第二通信信号执行错误校验技术并且将来自所述错误校验技术的结果与所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的错误校验数据进行比较；或其任何组合。

7.一种用于数据传输系统中实时错误校正的方法，所述方法包括：

通过第一串行链路在第一可编程逻辑设备上从第二可编程逻辑设备接收第一通信信号；

通过第二串行链路在所述第一可编程逻辑设备上从所述第二可编程逻辑设备接收第二通信信号，其中所述第一串行链路和所述第二串行链路彼此并行设置并且配置用于通过单一导管进行通信，并且所述第一通信信号和所述第二通信信号表示相同信息；

在所述第一可编程逻辑设备中比较所述第一通信信号和所述第二通信信号以检测所述第一通信信号和/或所述第二通信信号中包括的数据上的错误；以及

当检测到所述错误时，至少部分基于所述第一通信信号和所述第二通信信号的所述比较来实时校正所述第一可编程逻辑设备中的所述错误。

8.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括至少部分基于错误类型和错误量值确定所述错误是否可校正，并且实时校正所述错误是至少部分基于所述比较和所述错误类型的。

9.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括检测所述第一通信信号或所述第二通信信号中的重复、删除、插入、重新排序、损坏、延迟、伪装或其任何组合。

10.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括校验所述第一通信信号和所述第二通信信号之间的逐位一致性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中校验所述第一通信信号和所述第二通信信号之间的逐位一致性包括翻转或颠倒所述第二通信信号。

12.根据权利要求7所述的方法，其中实时校正所述错误包括用来自所述第二通信信号的比特位替换所述第一通信信号中的比特位，或者忽略所述第一通信信号和/或所述第二通信信号。

13.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的定时数据与所述第一可编程逻辑设备中存储的定时数据进行比较。

14.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的序列编号与所述第一可编程逻辑设备中存储的预期序列编号进行比较。

15.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括将所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的发送者标识与所述第一可编程逻辑设备中存储的预期发送者标识进行比较。

16.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行比较包括：

在所述第一通信信号或所述第二通信信号上执行错误校验技术；以及

将所述错误校验技术的结果与所述第一通信信号或所述第二通信信号上编码的错误校验数据进行比较。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述错误校验技术包括循环冗余校验。

18.根据权利要求7所述的方法，其中对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行所述比较是在仅仅使用在所述第一可编程逻辑设备中的硬件而无软件监督的情况下执行。

19.根据权利要求7所述的方法，其中所述单一导管包括具有第一股线和第二股线的线缆，其中所述第一股线包括所述第一串行链路并且所述第二股线包括所述第二串行链路。

20.一种用于操作数据传输系统的方法，所述方法包括：

通过比较已传输的第一通信信号和第二通信信号来在可编程逻辑设备中检测所述第一通信信号、所述第二通信信号或两者中表示的数据上的错误，其中所述第一通信信号和所述第二通信信号由所述可编程逻辑设备并行接收，所述第一通信信号和所述第二通信信号表示相同信息，并且检测所述错误仅仅包括在所述可编程逻辑设备中的硬件检测；

当检测到所述错误时，确定所述错误的类型；以及

至少部分基于所述错误类型、所述第一通信信号、所述第二通信信号或其任何组合来校正所述可编程逻辑设备中的所述错误。