CN104793576B - 一种传动link网络通讯的并发冲突解决方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，该方法采用了数据线裁决处理和数据管道存储技术，当同时有两个或两个以上数据接收端口有数据请求转发时，数据线裁决处理器会让最先到达数据接收端口的数据享有最高转发优先权限，进行数据直接转发，而其余各端口数据则进入相应的数据先进先出缓存器中，同时数据先进先出缓存器中的数据对应的端口号按照数据到达的先后顺序，被依次送入数据转发队列寄存器，同时到达的数据以端口小的优先权高。能实现将某一个或多个数据接收端口接收的串行数据以广播方式同步的依次转发至其余的串行数据发送端口，克服了在数据转发过程中，数据线冲突和阻塞的问题。

Description

一种传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法。
背景技术
热轧1580mm产线传动系统网络是一种特殊协议网络，采用主从结构通讯方式（Master-Slave），基础自动化为主站（Master），下可以最多挂127个从站（Slave），如图1所示。
传动系统的主从控制通常是指两套传动控制器，在分别控制各自对应的传动电机（马达）作同步使用时，这两个传动控制器的速度设定值的相互选择方式；如果将某一套传动控制器的速度设定值，传送给另一套传动控制器上，以此作为这套传动控制器的速度设定值；那么接受速度设定值的传动控制器则就是称为“从”，发送速度设定值的传动控制器则就是称为“主”；“主/从”可由用户任意指定。主/从控制成功与否的关键是看从控制器对自己所控制的传动电机（马达），与主控制器所控制传动电机（马达）的速度跟随响应能力。
采用主从通讯方式的传动系统网络中，当多个从站同时向主站发送数据信息时，如不加任何措施，在某一刻，当主站向各个从站发出指令，各个从站会经过一段延迟，同时向主站上传数据，。从图1可以看出，各个从站之间彼此完全独立，相互之间并不了解其他从站的存在，正是因为这个原因，才会导致向主站上报数据时出现争抢，在数据传送过程中产生数据的冲突和阻塞，发生通讯的并发冲突问题，导致通讯错误。因此，必须解决网络通讯过程中产生的并发冲突问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种传动网络用通讯并发冲突的解决方法，该方法能实现将某一个或多个数据接收端口接收的串行数据以广播方式同步的依次转发至其余的串行数据发送端口，可以克服在数据转发过程中数据线的冲突和阻塞问题，用以解决现有传动LIMK网络通讯过程中存在的并发冲突问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种传动网络用通讯并发冲突的解决方法，该传动LINK网络采用主从控制方式，包括多个从站和一个主站，各个从站均通过各自对应的数据接收端口与主站连接，主站中设有数据流侦听鉴别器、数据转发裁决器和数据转发队列寄存器，其中，数据流侦听鉴别器用于侦听传动网络中数据接收端口的通讯状态，数据转发裁决器用于控制数据转发功能，数据转发队列寄存器用于存储各从站对应的数据接收端口的端口号；各个从站中均设有数据先进先出缓存器和数据记录长度寄存器，其中，数据先进先出缓存器用于存储与各端口号对应的数据流，数据记录长度寄存器用于存储数据先进先出缓存器中数据流的长度，该方法具体包括如下步骤：
（1）数据流侦听鉴别器对各从站对应的数据接收端口的信号状态进行侦听，采集各数据接收端口的端口信息，判断所述的各据接收端口是否有数据请求接收；
（2）若侦听到有数据接收端口有数据请求接收，则数据流侦听鉴别器对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
（3）若数据转发队列寄存器为空，则数据流侦听鉴别器直接向数据转发裁决器发送数据转发请求；若数据转发队列寄存器不为空，则按照数据接收端口的优先权顺序依次将对应数据接收端口的端口号存储在数据转发队列寄存器中，各端口号对应的数据流依次存入相应从站对应的数据先进先出缓存器中，并将数据记录长度寄存器的值加1，然后向数据转发裁决器发送数据转发请求；
（4）当数据转发裁决器接收到数据转发请求信息时，对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
（5）若数据转发队列寄存器为空，则按照所述的数据接收端口的优先权顺序依次转发对应数据接收端口的数据流，直到接收到数据流结束的标志信息为止；若数据转发队列寄存器不为空，则根据数据转发队列寄存器中各端口号存储的先后次序，依次转发各端口号对应在先进先出缓存器中的数据流，同时数据记录长度寄存器的值减1，直到数据记录长度寄存器的值等于0后结束。
进一步地，所述的步骤（3）中，数据接收端口的优先权是按照数据流到达数据接收端口的先后顺序来定义的，先到达数据接收端口的优先权最高，对于数据流同时到达数据接收端口的情况，则以端口号小的数据接收端口的优先权高。
进一步地，数据先进先出缓存器中的数据长度存储在数据记录长度寄存器中，当向数据先进先出缓存器中存入一个数据接收端口的数据时，所述数据记录长度寄存器加1；当转发一个数据先进先出缓存器中对应端口号的数据时，所述数据记录长度寄存器减1，直到数据记录长度寄存器的值为0时，停止转发。
进一步地，当数据流侦听鉴别器侦听到数据接收端口的数据流信号有连续四次的电平有效变化，且四个电平的脉宽一致，则数据流侦听鉴别器才认为数据接收端口有数据接收请求。
进一步地，当数据流侦听鉴别器侦听到数据接收端口的数据流信号发生变化，且连续5次波特率检测数据的电平稳定一致，才认为电平有效变化一次。
进一步地，所述的的数据流中各数据的编码方式采用NRZ编码格式，在相邻两次采样时刻，检测到数据的电平不翻转表示“1”，电平翻转表示“0”。
进一步地，所述的步骤（5）中收到的数据流结束的标志信息为标志字“01111110”。
进一步地，所述的数据流在转发的过程中，若连续出现五个“1”，则由发送方在这五个“1”后自动插入一个“0”，接收方在接收数据时，如果发现连续五个“1”，就将其后的“0”删除。
本发明达到的有益效果：本发明的方法采用了数据线裁决处理和数据管道存储技术，当同时有两个或两个以上数据接收端口有数据请求转发时，数据线裁决处理器会让最先到达数据接收端口的数据享有最高转发优先权限，进行数据直接转发，而其余各端口数据则进入相应的数据先进先出缓存器中，同时数据先进先出缓存器中的数据对应的端口号按照数据到达的先后顺序，被依次送入数据转发队列寄存器。同时到达的数据以端口小的优先权高。该方法能实现将某一个或多个数据接收端口接收的串行数据以广播方式同步的依次转发至其余的串行数据发送端口，克服了在数据转发过程中，数据线冲突和阻塞的问题，通过在1580热轧产线上的实现及使用，证明本发明的方法能很好地解决传动网络通讯并发冲突问题，适合在同类通讯问题中推广应用。
附图说明
图1是传动网络的连接示意图；
图2是本发明方法的流程图；
图3是本发明数据流侦听鉴别器的工作流程图；
图4是本发明数据转发裁决器的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明将原传动LINK网络数据转发设备上的信号分别通过光纤传送到本发明的传动LINK网络数据转发设备的数据接收端RX1-RX8端口，而后进入本发明传动LINK网络数据转发设备的“数据流侦听鉴别器”。本发明的传动LINK网络设备是由八对安华高的HFBR-1412和HFBR-241光纤收发模块和一块Altera第三代超大容量FPGA组成的一个高速光纤串行数据转发广播设备，能实现将某一个或多个端口接收的串行数据以广播方式同步的依次转发至其余的串行数据发送端口。
本发明传动LINK网络采用主从控制方式，包括多个从站和一个主站，各个从站均通过各自对应的数据接收端口与主站连接，主站中设有数据流侦听鉴别器、数据转发裁决器和数据转发队列寄存器，其中，数据流侦听鉴别器用于侦听传动网络中数据接收端口的通讯状态，数据转发裁决器用于控制数据转发功能，数据转发队列寄存器用于存储各从站对应的数据接收端口的端口号；各个从站中均设有数据先进先出缓存器和数据记录长度寄存器，其中，数据先进先出缓存器用于存储与各端口号对应的数据流，数据记录长度寄存器用于存储数据先进先出缓存器中数据流的长度。
如图2，本发明方法具体包括如下步骤：
（1）数据流侦听鉴别器对各从站对应的数据接收端口的信号状态进行侦听，采集各数据接收端口的端口信息，判断所述的各据接收端口是否有数据请求接收；
（2）若侦听到有数据接收端口有数据请求接收，则数据流侦听鉴别器对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
（3）若数据转发队列寄存器为空，则数据流侦听鉴别器直接向数据转发裁决器发送数据转发请求；若数据转发队列寄存器不为空，则按照数据接收端口的优先权顺序依次将对应数据接收端口的端口号存储在数据转发队列寄存器中，各端口号对应的数据流依次存入相应从站对应的数据先进先出缓存器中，并将数据记录长度寄存器的值加1，然后向数据转发裁决器发送数据转发请求；
（4）当数据转发裁决器接收到数据转发请求信息时，对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
（5）若数据转发队列寄存器为空，则按照所述的数据接收端口的优先权顺序依次转发对应数据接收端口的数据流，直到接收到数据流结束的标志信息为止；若数据转发队列寄存器不为空，则根据数据转发队列寄存器中各端口号存储的先后次序，依次转发各端口号对应在先进先出缓存器中的数据流，同时数据记录长度寄存器的值减1，直到数据记录长度寄存器的值等于0后结束。
为了能克服在数据转发过程中数据线冲突和阻塞，本发明的方法采用了数据线裁决处理和数据管道存储技术，数据线裁决处理技术是当同时有两个或两个以上数据接收端口有数据转发请求时，数据线裁决处理器让最先到达数据接收端口的数据享有最高转发优先权，而其余各数据接收端口的数据则进入相应的数据先进先出缓存器。同时根据数据到达数据接收端口的先后，将数据先进先出缓存器中数据对应的端口号依次送入数据转发队列寄存器。同时到达的数据以端口小的优先权高。本发明能判别数据到达先后的间隔时间为50ns。
当优先权高的端口号对应的数据转发结束，数据线裁决处理器从数据转发队列寄存器读入次高优先权的端口号，并且开放此通道，允许此通道进行新的数据转发。直至数据转发队列寄存器为空时，数据线裁决处理器开放所有通道，等待新一轮数据到来。
本实施例中，数据先进先出缓存器设计成为一个串入串出管道寄存器，其容量为8*256bit。串入串出管道寄存器就好比我们日常生活中的自来水管道，在管道的进水口安装一个进水阀，在管道的出水口安装一个出水阀。打开进水阀，水就进入管道，。当管道内有水时，任何时间打开出水阀，水就会从管道内流出。
数据转发队列寄存器设计成为一个8bit宽度的并行先进先出寄存器，它被用来存储待转发数据的端口号。数据转发队列寄存器自带一个端口数据转发次序裁决器，当多个端口同时有数据请求转发时，先提出请求的端口，端口号先进入队列寄存器。同时到达的，以端口号小的先进入队列寄存器，端口号大依次进入队列寄存器。
数据记录长度寄存器是一个16位可逆计数器。它有一个加法计数端口和一个减法计数端口。加法计数端口和减法计数端口互相独立的，可以同时进行加减计数器。
同步信号寄存器是一个16Bit先进先出串行数据寄存器。
本实施例传动网络的通讯规约采用了SDLC通讯协议，SDLC通讯协议中规定了数据比特流中各位数据编码方式采用NRZ编码格式，在相邻两次采样时刻数据电平不反转表示“1”，在相邻两次采样时刻数据电平反转表示“0”。数据的传送以字节为单位，发送一个字节时，最低位（bit0）先发送，最后发送最高位（bit7）。
在SDLC通讯协议中，被传送的一组数据称为“帧”，完整的一个帧包含标志字序列字段、数据地址站字段、控制字段、信息字段和帧校验字段等。标志字序列字段采用特定的数码“01111110”，所有的帧必须以标志“01111110”开始，并且以标志字“01111110”结束。
在其它字段的传送过程中，为了防止出现“01111110”而使接受方错误的认为是结束帧，所以在SDLC协议中采用了“0”插入方法，即在传输信息过程中连续出现5个“1”是，由发送方在这五个“1”后自动插入一个“0”。接收方在接收数据的时候，如果发现连续五个“1”,就将其后的“0”删除。
如图3，数据流侦听鉴别器以20倍通讯速率的波特率侦听数据接收端RX1-RX8端口数据通讯的电平变化状态，当检测到数据电平发生变化，且连续5次波特率检测电平稳定一致，则认为电平有效变化一次，并将电平变化的次数保存到同步信号寄存器中，同时计算该变化的电平的脉冲宽度。当有连续四次检测到电平有效变化，且四个电平的宽度一致，数据流侦听鉴别器才认为某数据接收端口有数据请求接收，这时数据流侦听鉴别器发出数据采集命令。
数据流侦听鉴别器在确定数据接收端口有数据请求接收后，对数据转发队列寄存器的状态进行检测。若数据转发队列寄存器为空，则数据流侦听鉴别器继续采集数据接收端口的信号，并立即向数据转发裁决器发出数据转发请求；若数据转发队列寄存器不为空，则数据流侦听鉴别器将数据接收端口上的数据依次送入其对应的数据先进先出缓存器中，对应的数据记录长度寄存器自动加1，并向数据转发队列寄存器中送入待转发数据的数据接收端口号。
如图4，数据转发裁决器以50MHz的周期频率侦听各个接收端口的数据转发请求信号，当侦听到有数据请求转发请求时，立即读取数据转发队列寄存器内信息。
如果发现数据转发队列寄存器的信息不为空，则弹出最先进入数据转发队列寄存器的信息。然后，根据弹出的信息，将存储在对应端口的数据先进先出缓存器内的数据依次按位读出广播转发，同时对应的数据记录长度寄存器减1，直到对应数据记录长度寄存器减为0为止。
如果发现数据转发队列寄存器的信息为空，数据转发裁决器将最先发出请求的端口立即进行转发，直到接收到“01111110”信号后出现连续的8个周期的低电平为止。
本发明的方法采用了数据线裁决处理和数据管道存储技术，当同时有两个或两个以上数据接收端口有数据请求转发时，数据线裁决处理器会让最先到达数据接收端口的数据享有最高转发优先权限，进行数据直接转发，而其余各端口数据则进入相应的数据先进先出缓存器中，同时数据先进先出缓存器中的数据对应的端口号按照数据到达的先后顺序，被依次送入数据转发队列寄存器。同时到达的数据以端口小的优先权高。该方法能实现将某一个或多个数据接收端口接收的串行数据以广播方式同步的依次转发至其余的串行数据发送端口，克服了在数据转发过程中，数据线冲突和阻塞的问题，通过在1580热轧产线上的实现及使用，证明本发明的方法能很好地解决传动网络通讯并发冲突问题，适合在同类通讯问题中推广应用。

Claims (8)

1.一种传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，该传动LINK网络采用主从控制方式，包括多个从站和一个主站，各个从站均通过各自对应的数据接收端口与主站连接，其特征在于：
主站中设有数据流侦听鉴别器、数据转发裁决器和数据转发队列寄存器，其中，数据流侦听鉴别器用于侦听传动网络中数据接收端口的通讯状态，数据转发裁决器用于控制数据转发功能，数据转发队列寄存器用于存储各从站对应的数据接收端口的端口号；
各个从站中均设有数据先进先出缓存器和数据记录长度寄存器，其中，数据先进先出缓存器用于存储与各端口号对应的数据流，数据记录长度寄存器用于存储数据先进先出缓存器中数据流的长度，该方法具体包括如下步骤：
(1)数据流侦听鉴别器对各从站对应的数据接收端口的信号状态进行侦听，采集各数据接收端口的端口信息，判断所述的各数据接收端口是否有数据请求接收；
(2)若侦听到有数据接收端口有数据请求接收，则数据流侦听鉴别器对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
(3)若数据转发队列寄存器为空，则数据流侦听鉴别器直接向数据转发裁决器发送数据转发请求；若数据转发队列寄存器不为空，则按照数据接收端口的优先权顺序依次将对应数据接收端口的端口号存储在数据转发队列寄存器中，各端口号对应的数据流依次存入相应从站对应的数据先进先出缓存器中，并将数据记录长度寄存器的值加1，然后向数据转发裁决器发送数据转发请求；
(4)当数据转发裁决器接收到数据转发请求信息时，对数据转发队列寄存器的状态进行检测，判断数据转发队列寄存器是否为空；
(5)若数据转发队列寄存器为空，则按照所述的数据接收端口的优先权顺序依次转发对应数据接收端口的数据流，直到接收到数据流结束的标志信息为止；若数据转发队列寄存器不为空，则根据数据转发队列寄存器中各端口号存储的先后次序，依次转发各端口号对应在先进先出缓存器中的数据流，同时数据记录长度寄存器的值减1，直到数据记录长度寄存器的值等于0后结束。
2.根据权利要求1所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于所述的步骤(3)中，数据接收端口的优先权是按照数据流到达数据接收端口的先后顺序来定义的，先到达数据接收端口的优先权最高，对于数据流同时到达数据接收端口的情况，则以端口号小的数据接收端口的优先权高。
3.根据权利要求1所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于数据先进先出缓存器中的数据长度存储在数据记录长度寄存器中，当向数据先进先出缓存器中存入一个数据接收端口的数据时，所述数据记录长度寄存器加1；当转发一个数据先进先出缓存器中对应端口号的数据时，所述数据记录长度寄存器减1，直到数据记录长度寄存器的值为0时，停止转发。
4.根据权利要求1所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于当数据流侦听鉴别器侦听到数据接收端口的数据流信号有连续四次的电平有效变化，且四个电平的脉宽一致，则数据流侦听鉴别器才认为数据接收端口有数据接收请求。
5.根据权利要求4所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于当数据流侦听鉴别器侦听到数据接收端口的数据流信号发生变化，且连续5次波特率检测数据的电平稳定一致，才认为电平有效变化一次。
6.根据权利要求1所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于所述的的数据流中各数据的编码方式采用NRZ编码格式，在相邻两次采样时刻，检测到数据的电平不翻转表示“1”，电平翻转表示“0”。
7.根据权利要求1所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于所述的步骤(5)中收到的数据流结束的标志信息为标志字“01111110”。
8.根据权利要求7所述的传动LINK网络通讯的并发冲突解决方法，其特征在于所述的数据流在转发的过程中，若连续出现五个“1”，则由发送方在这五个“1”后自动插入一个“0”，接收方在接收数据时，如果发现连续五个“1”，就将其后的“0”删除。
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