CN107181658A - 基于arcnet与以太网的双通信系统 - Google Patents

基于arcnet与以太网的双通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于ARCNET与以太网的双通信系统。本发明基于ARCNET与以太网的双通信系统包括：处理模块、以太网通信模块、至少两个ARCNET通信模块以及与各ARCNET通信模块一一对应电连接的光电转换模块；其中处理模块包括：微控制器以及与微控制器电连接的外部扩展SDRAM存储器和外部扩展Flash存储器；各ARCNET通信模块均与微控制器电连接，微控制器还与以太网通信模块电连接。本发明实现了ARCNET网络与以太网之间的相互通信。

Description

基于ARCNET与以太网的双通信系统
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，尤其涉及一种基于ARCNET与以太网的双通信系统。
背景技术
ARCNET网络是一种局域网技术，它采用令牌总线(token-bus)来管理局域网上的节点及节点间的数据链路，具有时间确定性、数据发送方式灵活、较高的可靠性以及支持多种连接方式等优点，以使ARCNET网络在轨道交通控制领域得到了广泛应用。
现有基于ARCNET网络的列车控制系统主要由车辆内部的总线设备、车辆节点(包括网卡和计算机)、传输介质组成，完成了列车控制、信息釆集与显示、数据传递与处理等功能。随着科技的发展，以太网已经成为下一代列车网络通信标准。因此，亟需将ARCNET网络和以太网进行结合，以构成可靠性高、灵活性好、通用性强且适合于工业现场的网关。
发明内容
本发明提供一种基于ARCNET与以太网的双通信系统，以解决现有的ARCNET网络无法与以太网进行数据传输的问题。
本发明提供一种基于ARCNET与以太网的双通信系统，包括：处理模块、以太网通信模块、至少两个ARCNET通信模块以及与各所述ARCNET通信模块一一对应电连接的光电转换模块；其中
所述处理模块包括：微控制器以及与所述微控制器电连接的外部扩展SDRAM存储器和外部扩展Flash存储器；
各所述ARCNET通信模块均与所述微控制器电连接，所述微控制器还与所述以太网通信模块电连接；
所述微控制器用于接收各所述ARCNET通信模块发送的第一数据，根据各所述ARCNET通信模块的预设的可信度，在各所述第一数据中确定可信度最高的ARCNET通信模块发送的第一数据，并将所述可信度最高的ARCNET通信模块发送的第一数据封装成以太网数据包并发送给所述以太网通信模块；
所述微控制器还用于接收所述以太网通信模块发送的第二数据，根据各所述ARCNET通信模块的预设的可信度，确定所述第二数据针对每个ARCNET通信模块的可信度标识，将各所述第二数据和所述可信度标识封装成ARCNET数据包并发送给对应的所述ARCNET通信模块。
可选地，不同的所述ARCNET通信模块，预设的可信度不同；其中，所述至少两个ARCNET通信模块中的主用ARCNET通信模块的预设的可信度高于其它ARCNET通信模块的预设的可信度。
可选地，还包括：电源模块，所述电源模块与所述处理模块、所述以太网通信模块、各所述ARCNET通信模块以及各所述光电转换模块电连接。
可选地，所述ARCNET通信模块包括ARCNET协议芯片和HUB集线器，所述ARCNET协议芯片中集成了ARCNET协议栈。
可选地，所述微控制器上设有如下的至少一种接口：串行接口、芯片测试接口。
可选地，所述微控制器中集成有媒体访问控制器，所述以太网通信模块包括：物理接口收发器、以太网变压器以及网口；其中，所述物理接口收发器分别与所述媒体访问控制器、所述以太网变压器连接，所述以太网变压器与所述网口连接。
可选地，所述微控制器中集成有外部存储器控制器，所述外部存储器控制器分别与所述外部扩展SDRAM存储器和所述外部扩展Flash存储器电连接。
本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统，通过至少两个ARCNET通信模块以备份ARCNET网络数据，实现了对ARCNET网络的冗余功能，提高了ARCNET网络的可靠性。还通过处理模块中的微控制器的多环冗余处理和封装处理实现了以太网通信模块与各ARCNET通信模块之间的数据通信，且外部扩展SDRAM存储器和外部扩展Flash存储器的设置能够加快微控制器的自身运行的速率和处理数据的速率，使得以太网通信模块与各ARCNET通信模块之间能够实时传输数据。本发明解决了以太网通信模块与各ARCNET通信模块无法通信的问题，通过处理模块、以太网通信模块与各ARCNET通信模块构成了可靠性高、灵活性好、通用性强且适合于工业现场的网关。
附图说明
图1为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的结构示意图一；
图2为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的软件流程图；
图3为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的结构示意图二。
具体实施方式
图1为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的结构示意图一，图2为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的软件流程图。如图1所示，本实施例基于ARCNET与以太网的双通信系统包括：处理模块10、以太网通信模块20、至少两个ARCNET通信模块30以及与各ARCNET通信模块30一一对应电连接的光电转换模块40；其中处理模块10包括：微控制器11以及与微控制器11电连接的外部扩展SDRAM存储器12和外部扩展Flash存储器13。各ARCNET通信模块30均与微控制器11电连接，微控制器11还与以太网通信模块20电连接。微控制器11用于接收各ARCNET通信模块30发送的第一数据，根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，在各第一数据中确定可信度最高的ARCNET通信模块30发送的第一数据，并将可信度最高的ARCNET通信模块30发送的第一数据封装成以太网数据包并发送给以太网通信模块20。微控制器11还用于接收以太网通信模块20发送的第二数据，根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，确定第二数据针对每个ARCNET通信模块30的可信度标识，将各第二数据和可信度标识封装成ARCNET数据包并发送给对应的ARCNET通信模块30。
具体地，本实施例中以太网通信模块20可将以太网上传输的信号传输给处理模块10。本实施例中对以太网通信模块20的具体实现形式不做限定，只需满足以太网通信模块20能够接收并传输信号给处理模块10即可。各ARCNET通信模块30可分别将ARCNET网络上传输的信号传输给处理模块10。本实施例对ARCNET通信模块30的具体实现形式不做限定，只需满足ARCNET通信模块30能够接收并传输信号给处理模块10即可。
进一步地，由于ARCNET通信模块30的个数为两个以上，能够避免由于其中一个ARCNET网络出现故障，仍能使用其余ARCNET网路中的数据传输给处理模块10的情况，实现了ARCNET网络的冗余功能，提高了ARCNET网络的可靠性。且各ARCNET通信模块30可将接收到的数据传输给与之一一对应电连接的光电转换模块40，光电转换模块40将电信号转换成光信号，经由光纤传送出去。
进一步地，由于各ARCNET通信模块30都能够接收光纤或处理模块10传输的数据，因此，需要人为设定各ARCNET通信模块30的可信度高低。可选地，不同的ARCNET通信模块30，预设的可信度不同；其中，至少两个ARCNET通信模块30中的主用ARCNET通信模块30的预设的可信度高于其它ARCNET通信模块30的预设的可信度。
具体地，本实施例中可采用不同方法对不同的ARCNET通信模块30的可信度进行标识。具体可通过传输数据中一帧数据的特定位置上的标识进行判断或者比较。或者采用其他方式进行可信度标识的实现。本实施例对此不做详细的说明，只需满足将不同的ARCNET通信模块30的可信度区分开来即可。
进一步地，由于ARCNET网络和以太网是两种不同的网络协议，以太网通信模块20无法接收并识别ARCNET通信模块30发送的数据包，ARCNET通信模块30也无法接收并识别以太网通信模块20发送的数据包。因此，需要处理模块10将ARCNET通信模块30与以太网通信模块20各自传输的数据包进行接收、转换和传输，才能使得ARCNET通信模块30接收到以太网通信模块20发送的数据包，也才能使得以太网通信模块20接收到ARCNET通信模块30发送的数据包，实现ARCNET网络和以太网上信号的相互传输。这样，处理模块10需要具备接收、转换和传输的功能，具体过程如下：
一方面，ARCNET通信模块30向处理模块10发送数据，再由处理模块10将数据传送给以太网通信模块20的过程如下：
具体地，微控制器11在接收各ARCNET通信模块30发送的第一数据时，会根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，在各第一数据中确定可信度最高的ARCNET通信模块30发送的第一数据，并将可信度最高的ARCNET通信模块30发送的第一数据封装成以太网数据包并发送给以太网通信模块20。
例如，多个ARCNET通信模块30对应的预设的可信度为A、B、C……，且可信度的个数与ARCNET通信模块30的个数相同，各可信度的高低依次减小。在多个ARCNET通信模块30向微控制器11发送第一数据时，由于各第一数据中包含各ARCNET通信模块30的预设的可信度对应的可信度标识，微控制器11会根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，判断各第一数据中的可信度标识各自对应的可信度高低，会先在各第一数据中选择可信度标识对应可信度为A的第一数据，若没有选择到可信度标识对应可信度为A的第一数据，则继续在各第一数据中选择可信度标识对应可信度为B的第一数据，若没选择到可信度标识对应可信度为B的第一数据，则继续在各第一数据中选择可信度标识对应可信度为C的第一数据，直至在各第一数据中选择到可信度标识对应可信度最高的第一数据为止。微控制器11选择到可信度最高对应的第一数据后，会将其余可信度对应的第一数据丢弃，且将可信度最高对应的第一数据转换成以太网数据包，并将以太网数据包发送给以太网通信模块20。
进一步地，当处理模块10同时接收到各ARCNET通信模块30传输的数据时，需要先进行多环冗余处理，即对各数据进行可信度高低的确定。再通过封装处理将可信度最高的数据转换成以太网数据包传输给以太网通信模块20，实现了ARCNET通信模块30向以太网通信模块20发送数据的过程。
另一方面，以太网通信模块20再接收到各ARCNET通信模块30发送的数据后，可将数据传输给其他通信模块。若其他通信模块为ARCNET通信模块30时，或者，以太网通信模块20直接向ARCNET通信模块30传输数据时，本实施例中以太网通信模块20可向处理模块10发送数据，再由处理模块10将数据传输给ARCNET通信模块30的过程如下：
具体地，微控制器11在接收以太网通信模块20发送的第二数据时，会根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，确定第二数据针对每个ARCNET通信模块30的可信度标识，将各第二数据和可信度标识封装成ARCNET数据包，并发送给对应的ARCNET通信模块30。
例如，多个ARCNET通信模块30对应的预设的可信度为A、B、C……，且可信度的个数与ARCNET通信模块30的个数相同，各可信度的高低依次减小。在以太网通信模块20向微控制器11发送第二数据时，微控制器11会将第二数据复制备份与ARCNET通信模块30的个数相同的多个第二数据，且根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，将各复制备份的第二数据中一一添加可信度标识，且各可信度标识与各ARCNET通信模块30对应的预设的可信度一一对应，即可将可信度为A对应的可信度标识添加到各复制备份第二数据的一个中，将可信度为B对应的可信度标识添加到各复制备份第二数据的另一个中，直至添加可信度标识的个数与ARCNET通信模块30的个数相同为止。在对各复制备份第二数据中添加可信度标识后，微控制器11将各可信度标识的第二数据转换成ARCNET数据包，并将可信度为A对应的可信度标识的ARCNET数据包发送给可信度为A的ARCNET通信模块30，将可信度为B对应的可信度标识的ARCNET数据包发送给可信度为B的ARCNET通信模块30，将可信度为C对应的可信度标识的ARCNET数据包发送给可信度为C的ARCNET通信模块30，……，以此类推，根据各ARCNET数据包中可信度标识对应的可信度，将各ARCNET数据包发送给与之可信度相同的ARCNET通信模块30。
进一步地，处理模块10在接收到以太网通信模块20发送的数据后，可先根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，对接收到的数据进行多环冗余处理，即对数据进行复制并标识可信度处理，再通过封装处理将数据转换成ARCNET数据包，并将ARCNET数据包发送给ARCNET通信模块30，实现了以太网通信模块20向ARCNET通信模块30发送数据的过程。
进一步地，多个ARCNET通信模块30接收到以太网通信模块20发送的数据后，再通过各ARCNET通信模块30各自对应的光电转换模块40将数据转换成光信号，通过光纤发送给其它通信设备。若其它通信设备为以太网通信模块20时，可按照上述实施过程，根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度对应的可信度标识，通过处理模块10确定可信度最高的数据，并将数据转换成以太网包传送至以太网通信模块20，本实施例对此过程不再赘述。
在一个具体的实施例中，如图2所示，本实施例基于ARCNET与以太网的双通信系统中处理模块10可实现ARCNET与以太网之间的数据传输，具体过程如下：
首先，处理模块10进行初始化，初始化过程可包括上电操作、Linux内核运行及驱动加载。
其次，处理模块10中微控制器11接收各ARCNET通信模块30发送的第一数据。接着，根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，微控制器11通过多环冗余处理和封装处理，将可信度最高的ARCNET通信模块30发送的第一数据封装成以太网数据包。最后，微控制器11将以太网数据包发送给以太网通信模块20。
而且，微控制器11还接收以太网通信模块20发送的第二数据。接着，根据各ARCNET通信模块30的预设的可信度，通过封装处理和多环冗余处理，确定第二数据针对每个ARCNET通信模块30的可信度标识，且将各第二数据和可信度标识封装成ARCNET数据包。最后，将各ARCNET数据包发送给对应的ARCNET通信模块30。
这样，无论是ARCNET通信模块30向以太网通信模块20发送数据还是以太网通信模块20向ARCNET通信模块30发送数据，皆可通过处理模块10中的微控制器11实现了ARCNET通信模块30与以太网通信模块20之间数据的传输，还保证了ARCNET网络与以太网之间能够高效、实时的完成相互通信。
进一步地，本实施例中的处理模块10可采用STM系列或ARM系列的嵌入式微控制或微处理器。例如，处理模块10可采用ARM9系列处理器的LPC3250微控制器11。而且，由于微控制器11完成对各种数据的接收、转换、传输等过程为实时传输过程，因此，需要外部扩展SDRAM存储器12和外部扩展Flash存储器13对微控制器11的内存进行扩充，以克服微控制器11内存不足的情况，从而加快了微控制器11的处理速度和运行速度。其中，外部扩展SDRAM存储器为同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)，外部扩展Flash存储器13为闪存。且对微控制器11进行封装处理和多环冗余处理等操作对应的程序通常在外部扩展Flash存储器13中存放。在微控制器11接收到各种数据需要执行相应程序时，通常在外部扩展SDRAM存储器12中进行数据的缓存和操作系统的运行。
本实施例提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统，通过至少两个ARCNET通信模块以备份ARCNET网络数据，实现了对ARCNET网络的冗余功能，提高了ARCNET网络的可靠性。还通过处理模块中的微控制器的多环冗余处理和封装处理实现了以太网通信模块与各ARCNET通信模块之间的数据通信，且外部扩展SDRAM存储器和外部扩展Flash存储器的设置能够加快微控制器的自身运行的速率和处理数据的速率，使得以太网通信模块与各ARCNET通信模块之间能够实时传输数据。本实施例解决了以太网通信模块与各ARCNET通信模块无法通信的问题，通过处理模块、以太网通信模块与各ARCNET通信模块构成了可靠性高、灵活性好、通用性强且适合于工业现场的网关。
图3为本发明提供的基于ARCNET与以太网的双通信系统的结构示意图二。在上述实施例的基础上，如图3所示，对本实施例基于ARCNET与以太网的双通信系统中的具体结构进行详细说明。
首先，本实施例基于ARCNET与以太网的双通信系统还包括：电源模块50，电源模块50与处理模块10、以太网通信模块20、各ARCNET通信模块30以及各光电转换模块40电连接。具体地，由于处理模块10、以太网通信模块20、各ARCNET通信模块30以及各光电转换模块40的电源电压不同，因此，电源模块50可增加多个电压转换模块，向各模块提供不同的电源电压，以实现电源模块50对各模块的供电功能。
其次，ARCNET通信模块30需要完成数据的收发、网络重构等功能。可选地，ARCNET通信模块30包括ARCNET协议芯片31和HUB集线器32，ARCNET协议芯片31中集成了ARCNET协议栈。具体地，由于ARCNET协议芯片31中集成了ARCNET协议栈，能够自动实现数据收发、网络重构等功能。又由于ARCNET协议芯片31只能向物理地址站点实现数据的转发，不能向环网实现数据的转发，即只能实现点对点的数据转发，因此，可通过HUB集线器32来实现向光电转换模块40的数据转发。
再次，除了实现ARCNET与以太网的数据相互传输，微控制器11还可增加其余接口，以方便对微控制器11内程序的调试或测试以及方便接入其他通信设备。可选地，微控制器11上设有如下的至少一种接口：串行接口、芯片测试接口。具体地，本实施例中串行接口可为RS232、RS485等，本实施例对串行接口的具体形式不做限定，只需满足串行接口能够接入其他通信设备即可。且本实施例中芯片测试接口可为JTAG接口，以向微控制器11内部烧写程序，便于对微控制器11内部的调试或测试。
接着，本实施例中对微控制器11和以太网通信模块20电连接的具体形式不做限定，只需满足微控制器11与以太网通信模块20之间能够实现数据的传输即可。可选地，微控制器11中集成有媒体访问控制器111，以太网通信模块20包括：物理接口收发器21、以太网变压器22以及网口23；其中，物理接口收发器21分别与媒体访问控制器111、以太网变压器22连接，以太网变压器22与网口23连接。
具体地，本实施例中网口23能够插入网线，以接入以太网的信号。网口23与以太网变压器22连接，以太网变压器22与物理接口收发器21(即物理层Physical Layer，PHY)连接，便接收到以太网的信号。其中，以太网变压器22不仅使得以太网的信号增强，还能隔离物理接口收发器21与外部的连接，增强以太网模块的抗干扰能力。且以太网模块中的物理接口收发器21还与微控制器11中的媒体访问控制器111(Media Access Control，MAC)连接，便可实现以太网通信模块20与处理模块10之间数据的传输。
最后，为了扩充微控制器11的内存，实现微控制器11与外部扩展SDRAM存储器12和外部扩展Flash存储器13的电连接，可选地，微控制器11中集成有外部存储器控制器，外部存储器控制器分别与外部扩展SDRAM存储器12和外部扩展Flash存储器13电连接。这样便可通过外部存储器控制器实现对微控制器11内存的扩充，以提高微控制器11中数据转换等过程的速率。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于ARCNET与以太网的双通信系统，其特征在于，包括：处理模块、以太网通信模块、至少两个ARCNET通信模块以及与各所述ARCNET通信模块一一对应电连接的光电转换模块；其中
所述处理模块包括：微控制器以及与所述微控制器电连接的外部扩展SDRAM存储器和外部扩展Flash存储器；
各所述ARCNET通信模块均与所述微控制器电连接，所述微控制器还与所述以太网通信模块电连接；
所述微控制器用于接收各所述ARCNET通信模块发送的第一数据，根据各所述ARCNET通信模块的预设的可信度，在各所述第一数据中确定可信度最高的ARCNET通信模块发送的第一数据，并将所述可信度最高的ARCNET通信模块发送的第一数据封装成以太网数据包并发送给所述以太网通信模块；
所述微控制器还用于接收所述以太网通信模块发送的第二数据，根据各所述ARCNET通信模块的预设的可信度，确定所述第二数据针对每个ARCNET通信模块的可信度标识，将各所述第二数据和所述可信度标识封装成ARCNET数据包并发送给对应的所述ARCNET通信模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，不同的所述ARCNET通信模块，预设的可信度不同；其中，所述至少两个ARCNET通信模块中的主用ARCNET通信模块的预设的可信度高于其它ARCNET通信模块的预设的可信度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块与所述处理模块、所述以太网通信模块、各所述ARCNET通信模块以及各所述光电转换模块电连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARCNET通信模块包括ARCNET协议芯片和HUB集线器，所述ARCNET协议芯片中集成了ARCNET协议栈。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器上设有如下的至少一种接口：串行接口、芯片测试接口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器中集成有媒体访问控制器，所述以太网通信模块包括：物理接口收发器、以太网变压器以及网口；其中，所述物理接口收发器分别与所述媒体访问控制器、所述以太网变压器连接，所述以太网变压器与所述网口连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器中集成有外部存储器控制器，所述外部存储器控制器分别与所述外部扩展SDRAM存储器和所述外部扩展Flash存储器电连接。
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