CN107608204A - 基于arm处理器的冗余通信控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，包括ARM处理器组，ARM处理器组包括两个相互连接的ARM处理器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接监控装置，ARM处理器上集成有多个UART口、I2C、SPI接口。本发明硬件实现简单、可靠，生产成本低，调试简单、方便，最大限度发挥了二种通信方式下的硬件优点，提高了远程I/O数据采集器和监控装置的通信可靠性。

Description

基于ARM处理器的冗余通信控制器
技术领域
本发明涉及一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，属于工业生产控制过程中，监控装置和远程I/O数据采集器的数据通信技术领域。
背景技术
在工业生产控制过程中，传统的监控信号测量方式是将现场传感器输出的电阻、电势、电流等信号用导线传送到控制室的计算机监控装置或测量仪表上，进行数据采集和显示。这种方式需要大量的信号电缆，生产成本高。为了节约信号电缆及工程安装费用，工业上出现了就地安装的嵌入式远程I/O数据采集器。采集器通过双绞线相连组成分布式测量系统，再通过现场通信总线把测量数据传输到控制室监控装置。由于远程I/O数据采集器的测量数据是通过数字量方式远程传输，具有抗干扰能力强、测量精度高等优点，并且现场安装工程成本低，因此被工业生产过程广泛采用。
为了更好地实现和嵌入式远程I/O数据采集器设备之间的数据通信，往往用通信控制器对采集器进行冗余通信管理。由于通信控制器一般采用多CPU工作方式，提高了数据通信的实时性和可靠性。
由于RS485总线通信方式实现简单、可靠，因此在工业生产控制过程中广泛应用。图1为采用多CPU、双口RAM方式实现的双网冗余通信控制器原理框图，主要由四个微处理器、二个双口RAM和4路RS485通信接口电路组成。
双网冗余通信一般有双网平行通信和双网切换通信二种方式：
(1)双网平行通信
二个网络同时进行通信，一个网络上的通信数据作为另一个的备份。其实现过程为：MCU1通过网络A把上传的远程I/O的测量数据写到双口RAM，MCU2从双口RAM中取出数据通过相应的网络传送到监控装置，另外一个网络的工作过程相同；
(2)双网切换通信
通常一个网络作为主网进行数据通信(比如网络A)，另外一个网络作为副网备用，需要时再通信(比如网络B)。
a.主网MCU1从网络A读取远程I/O的测量数据，若通信成功，则把数据写到双口RAM中，MCU2从双口RAM中读取数据传送给监控装置；若通信不成功，则MCU1通知MCU3从网络B读取远程I/O的测量数据，相应的MCU4和监控装置进行交换数据。
b.主网通信恢复正常时，则MCU1通知MCU3停止通信。
这种双网切换通信方式的优点是可以减轻监控装置和远程的I/O数据采集器的通信任务负担，正常时只需一个通信网络进行数据交换。
这种由四个CPU组成的双网冗余通信方式，二个网路中的微处理器MCU切换通信时，需要传递握手信号，而用握手信号使整个系统数据传递变得比较繁琐。且该通信方式所需要的硬件设备多，双口RAM的容量小，不能满足现在通信的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了一种简单、可靠、生产成本低的基于ARM处理器的冗余通信控制器，解决了现有的通信方式所需要的硬件设备多，双口RAM的容量小，切换通信时，通过传递握手信号比较繁琐的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，包括ARM处理器组，ARM处理器组包括两个相互连接的ARM处理器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接监控装置，ARM处理器上集成有多个UART口、I2C、SPI接口。
优选地，所述的ARM处理器组中的两个ARM处理器分别为第一ARM处理器和第二ARM处理器，两个RS485总线网络分别为第一RS485总线网络和第二RS485总线网络。
优选地，所述的第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置；第二ARM处理器的一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置。
优选地，所述的第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置，第一ARM处理器和第二ARM处理器之间通过SPI接口或I2C接口连接。
本发明的硬件实现简单、可靠，生产成本低，调试简单、方便，最大限度发挥了二种通信方式下的硬件优点，提高了远程I/O数据采集器和监控装置的通信可靠性。本发明通过软件设置及调整通信接口连接对象，实现一种可改变、组合的双网冗余通信控制器。
附图说明
图1为采用多CPU、双口RAM方式实现的双网冗余通信控制器原理框图；
图2为一种基于ARM处理器的冗余通信控制器的双网作平行通信使用时通信接口连接示意图；
图3为一种基于ARM处理器的冗余通信控制器的双网作切换通信使用时通信接口连接示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
随着微电子技术的发展，集成多个UART口、I2C、SPI接口的32位ARM处理器在嵌入式系统中大量应用，本发明通过二个ARM处理器实现一种可改变、组合的双网冗余通信控制器。
一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，如图2所示，其包括ARM处理器组，ARM处理器组包括两个相互连接的ARM处理器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接监控装置，ARM处理器上集成有多个UART口、I2C、SPI接口。
ARM处理器组中的两个ARM处理器分别为第一ARM处理器和第二ARM处理器，两个RS485总线网络分别为第一RS485总线网络和第二RS485总线网络。第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置；第二ARM处理器的一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置。
本实施例中，通信控制器的双网作平行通信使用，通信接口连接如图2所示。RS485总线网络A(即第一RS485总线网络)由ARM1处理器(即第一ARM处理器)管理，ARM1处理器从一个UART接口通过RS485总线网络A读取远程I/O数据采集器的测量数据，再从另外一个UART接口通过RS485总线网络送给监控装置。RS485总线网络B(即第二RS485总线网络)由ARM2处理器(即第二ARM处理器)管理，通信过程和ARM1处理器相同。
实施例2
本实施例中，如图3所示，第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置，第一ARM处理器和第二ARM处理器之间通过SPI接口或I2C接口连接。
通信控制器的双网作切换通信使用，通信接口连接如图3所示，其工作过程如下：
(1)ARM1处理器(即第一ARM处理器)先从RS485总线网路A(即第一RS485总线网络)读取某台远程I/O数据采集器的测量数据：
a.若通信成功，则把测量数据通过SPI接口或I2C接口送给ARM2处理器(即第二ARM处理器)，ARM2处理器再把数据送给监控装置；
b.若通信不成功，ARM1处理器则从RS485总线网路B(即第二RS485总线网络)读取这台远程I/O数据采集器的测量数据：若通信成功，则把测量数据通过SPI接口或I2C接口送给ARM2处理器，ARM2处理器再把数据送给监控装置；若通信不成功，则表示这台远程I/O数据采集器可能已出现故障，用约定的设备故障状态数据送给ARM2处理器，ARM2处理器再把数据送给监控装置，提示现场某台设备有问题。
(2)ARM1处理器继续读取下一台远程I/O数据采集器的测量数据，重复(1)的步骤。
其他与实施例1相同。
本发明的通信网络切换由一个处理器管理，没有握手信号，实现简单、可靠。
根据用户现场通信要求，可用软件设置及调整接口连接对象，来改变控制器的通信工作方式，即图2中ARM1处理器、ARM2处理器的二个UART接口工作方式都为一主一从，向远程I/O数据采集器请求测量数据的作为“主”，响应监控装置的数据请求的作为“从”；图3中ARM1处理器向远程I/O数据采集器请求测量数据的二个UART接口工作方式都为“主”，ARM2处理器响应监控装置的数据请求的二个UART接口工作方式都为“从”。这种根据通信方式用软件改变硬件实现功能，最大发挥了二种硬件连接方式的优点。用本发明实现的可改变、组合的冗余通信控制器，提高了设备通信管理能力和可靠性，从而增强了设备的适用性。

Claims (4)

1.一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，包括ARM处理器组，ARM处理器组包括两个相互连接的ARM处理器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，ARM处理器组通过两个RS485总线网络连接监控装置，ARM处理器上集成有多个UART口、I2C、SPI接口。
2.如权利要求1所述的一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，所述的ARM处理器组中的两个ARM处理器分别为第一ARM处理器和第二ARM处理器，两个RS485总线网络分别为第一RS485总线网络和第二RS485总线网络。
3.如权利要求2所述的一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，所述的第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置；第二ARM处理器的一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置。
4.如权利要求2所述的一种基于ARM处理器的冗余通信控制器，其特征在于，所述的第一ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第一ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接远程I/O数据采集器，第二ARM处理器的一个UART接口通过第一RS485总线网络连接监控装置，第二ARM处理器的另一个UART接口通过第二RS485总线网络连接监控装置，第一ARM处理器和第二ARM处理器之间通过SPI接口或I2C接口连接。
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