CN107124405A - 基于fpga实现工业现场总线协议转换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，包括以下步骤，接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；获取配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。本发明无需CPU程序或较少CPU程序介入，即可高效、稳定实施主流工业现场总线间的协议转换和数据映射，具有系统成本低，功耗低和可靠性高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及总线协议转换技术领域，特别涉及一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法和装置。
背景技术
目前在市场上解决不同协议的工业现场总线之间协议互通的技术采用两种技术，一种是采用通用的CPU，通过软件进行不同的协议解析，这种技术的缺点是实时性差，并且软件的开销很大，因此就造成了CPU工作负荷较大，进一步导致CPU的系统功耗和成本都很高并且技术效果不好。第二种是采用专门asic(一种为专门目的而设计的集成电路)芯片，这种技术的支持协议数量有限，协议版本更新不够灵活、配套软件授权昂贵。因此，急需研究一种能减缓CPU工作负荷并且降低CPU的系统功耗和成本并且能够支持更多协议数量，更新灵活的工业现场总线协议转换装置。
发明内容
为解决CPU工作负荷较大，CPU的系统功耗和成本都很高并且技术效果不好以及协议数量有限并且更新不灵活等技术问题，本发明提出一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置和方法来实现。
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，包括以下步骤，
接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
作为一种可实施方式，所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据。
作为一种可实施方式，将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
作为一种可实施方式，对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，包括，数据接收分离模块：用于接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
协议重组模块：用于将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
配置封装模块：获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
作为一种可实施方式，对所述数据接收模块设置为：所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据。
作为一种可实施方式，对所述数据接收模块设置为：
将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
作为一种可实施方式，对所述数据接收模块设置为：
对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，包括数据接口模块、数据交换中心模块、CPU接口模块、配置模块和协议封装模块，所述数据接口模块依次连接所述数据交换中心模块和协议封装模块，所述CPU接口模块依次连接所述配置模块和所述协议封装模块；
所述数据接口模块，用于对不同类型的数据进行接收，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
所述数据交换中心模块，用来将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
所述CPU接口模块：对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理；
所述配置模块，获取配置信息，配置信息包括每个端口的物理特性配置、协议类型配置和策略配置中的至少一种；
所述协议封装模块：根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
作为一种可实施方式，所述数据接口模块包括串口接口模块和/或以太网接口模块，所述串口接口模块连接串口数据分离模块，所述串口数据分离模块连接所述数据交换中心模块，所述以太网接口模块连接所述数据交换中心模块；
所述串口接口模块，用于对串口类型的数据进行收发；
所述串口数据分离模块，将接收到的串口数据从对应的协议中分离出来，得到数据净荷；
所述以太网接口模块，内含对以太网控制器的控制逻辑和数据收发通道，将来自以太网的数据进行数据分离和协议分离。
在串口接口模块还设有串行并行转换模块；所述串行并行转换模块是从串口接收到的串行数据经过串并转换、校验后，将并行数据送到数据交换中心模块。
串口接口模块中还包括波特率产生模块；所述波特率产生模块用于产生和串口相互对应的波特率。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：
本发明无需CPU或较少CPU介入，即可高效、稳定实施主流工业现场总线间的协议转换和数据映射，具有系统成本低，功耗低和可靠性高等优势。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图；
图2为本发明的示例性结构示意图；
图3为本发明的实施例的具体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
本发明是一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置和方法，采用了HDL设计技术，无需CPU程序或者较少CPU程序介入，就可以高效、稳定实施主流工业现场总线间的协议转换和数据映射，具有系统成本低、功耗低和可靠性高等优势。
请参阅以下实施例
示例性方法：
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，如图1所示，包括以下步骤，
S1、接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
S2、将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
S3、获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
更进一步地，所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据；
当接收到的是串行工业现场总线数据时，将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
当接收到的是以太网工业总线数据时，对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
示例性结构：
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，包括，数据接收分离模块11：用于接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
协议重组模块12：用于将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
配置封装模块13：获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
进一步地，对所述数据接收模块11设置为：所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据。
进一步地，对所述数据接收模块11设置为：
将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
进一步地，对所述数据接收模块设置11为：
对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
具体实施例：
一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，如图3所示，其中包括了数据接口模块、数据交换中心模块3、CPU接口模块5、配置模块6和协议封装模块7，数据接口模块依次连接数据交换中心模块3和协议封装模块7，CPU接口模块5依次连接配置模块6和协议封装模块7；
所述数据接口模块，用于对不同类型的数据进行接收，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
所述数据交换中心模块3，用来将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
所述CPU接口模块5：对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理；
所述配置模块6，获取配置信息，配置信息包括每个端口的物理特性配置、协议类型配置和策略配置中的至少一种；
所述协议封装模块7：根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
针对进入数据接口模块中数据种类的不同，数据接口模块包括串口接口模块1和/或以太网接口模块4，串口接口模块1，用于对串口类型的数据进行收发，串口接口模块1需连接串口数据分离模块2，串口数据分离模块2再连接数据交换中心模块3，串口数据分离模块2是将接收到的串口数据从对应的协议中分离出来，得到数据净荷，数据净荷被传送到数据交换中心模块3中；
以太网接口模块4连接数据交换中心模块3，在以太网接口模块4中，包含了对以太网控制器的控制逻辑和数据收发通道，将来自以太网的数据进行数据分离和协议分离，分离后的数据和协议传送到数据交换中心模块3中。
为了将进入串口接口模块1中的串行数据转换成并行数据，在串口接口模块1设置好串行并行转换模块；串行并行转换模块的作用从串口接收到的串行数据经过串并转换、校验后，将并行数据送到数据交换中心模块3。
串口接口模块1中包括波特率产生模块；
波特率产生模块用于产生和串口相互对应的波特率：串口通信的波特率种类比较多，为了最大适应多种串口通信，加入了波特率产生模块。
根据本发明的装置和方法，无需CPU程序或者较少CPU程序介入，就可以高效、稳定实施主流工业现场总线间的协议转换和数据映射。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，其特征在于包括以下步骤，
接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，其特征在于，所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，其特征在于，
将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
4.根据权利要求2所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换方法，其特征在于，
对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
5.一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于，包括，
数据接收分离模块：用于接收不同数据接口中的不同类型的工业现场总线数据，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
协议重组模块：用于将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
配置封装模块：获取配置信息，对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理，根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于，对所述数据接收模块设置为：所述不同类型的工业现场总线数据是指：串行工业现场总线数据和/或以太网工业总线数据。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于，对所述数据接收模块设置为：
将串行工业现场总线数据转化为并行数据，所述的并行数据中包含协议类型和各站点的通信数据，对转化后的并行数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输。
8.根据权利要求6所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于，对所述数据接收模块设置为：
对以太网工业总线数据直接进行数据分离和协议分离，将分离后的数据净荷进行传输。
9.一种基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于，包括数据接口模块、数据交换中心模块、CPU接口模块、配置模块和协议封装模块，所述数据接口模块依次连接所述数据交换中心模块和协议封装模块，所述CPU接口模块依次连接所述配置模块和所述协议封装模块；
所述数据接口模块，用于对不同类型的数据进行接收，对不同类型工业现场总线数据进行协议分离和数据分离，将分离后的数据净荷进行传输；
所述数据交换中心模块，用来将传输过来的经过协议分离的工业总线数据采用不同协议的工业现场总线的映射，完成不同协议的工业现场总线之间数据的互通互联，并且根据配置信息，将分离的数据协议重新组合并且进行传输；
所述CPU接口模块：对协议的类型、端口的信息和协议映射的方式进行配置和管理；
所述配置模块，获取配置信息，配置信息包括每个端口的物理特性配置、协议类型配置和策略配置中的至少一种；
所述协议封装模块：根据获取到的配置信息，将交换后的数据协议按配置信息进行协议的重新封装，数据经过封装完成后送往数据接口中。
10.根据权利要求9所述的基于FPGA实现工业现场总线协议转换装置，其特征在于：所述数据接口模块包括串口接口模块和/或以太网接口模块，所述串口接口模块连接串口数据分离模块，所述串口数据分离模块连接所述数据交换中心模块，所述以太网接口模块连接所述数据交换中心模块；
所述串口接口模块，用于对串口类型的数据进行收发；
所述串口数据分离模块，将接收到的串口数据从对应的协议中分离出来，得到数据净荷；
所述以太网接口模块，内含对以太网控制器的控制逻辑和数据收发通道，将来自以太网的数据进行数据分离和协议分离。
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