CN108173734A - 一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法，包括通信处理器，用于利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据或发送调用数据至POWERLINK从站，生成解析数据，将解析数据发送至主控处理器，接收主控处理器输出的输出数据，生成调用数据；主控处理器，用于对解析数据进行IEC运算，生成输出数据；以太网控制器，用于建立通信处理器与POWERLINK从站的以太网连接；DPRAM，用于存储通信处理器的解析数据的诊断状态；本申请通过通信处理器在输入数据进入主控处理器前，对输入数据进行解析，主控处理器在生成输出数据后直接发送至通信处理器，通信处理器再对输出数据进行调用，生成调用数据，以使POWERLINK从站能够依据调用数据进行响应，提高了DCS系统的实时性。

Description

一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法

技术领域

本发明涉及分布式控制系统，特别涉及一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法。

背景技术

POWERLINK是一种高性能实时工业以太网总线规范，由于其技术开放性、通信实时性高、拓扑结构灵活、目前被广泛应用于工业自动化领域。POWERLINK基于标准以太网CSMA/CD技术(IEEE802.3)，可以工作于传统以太网硬件上，同时POWERLINK的从站通过获POWERLINK主站的允许来发送自己的帧，有效的解决了传统以太网由于报文冲突引起的时延不确定性问题。

目前DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)中，实现POWERLINK主要在实时操作系统下采用的软协议栈实现，采用此方式协议栈的调用和解析都要通过DCS主控处理器中的任务实现，DCS的主控处理器不能快速解析协议内容，同时又增长了DCS运算控制器的IEC调度周期，影响了DCS控制系统的实时性。

因此，如何能够快速调用和解析协议内容，提高DCS系统实时性是当前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法，减少了主控处理器的IEC调度周期，提高了主控处理器的处理速度，提高了DCS系统的实时性。其具体方案如下：

一种分布式控制系统内部总线通讯系统，包括：通信处理器、以太网控制器、DPRAM和主控处理器；其中，

所述通信处理器，用于利用所述以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对所述输入数据进行解析，生成解析数据，将所述解析数据发送至所述主控处理器；接收所述主控处理器输出的输出数据，对所述输入数据进行调用，生成调用数据，将所述调用数据利用所述以太网控制器发送至所述POWERLINK从站；

所述主控处理器，用于接收所述通信处理器输入的所述解析数据，对所述解析数据进行IEC运算，生成输出数据，将所述输出数据发送至所述通信处理器；

所述以太网控制器，用于建立所述通信处理器与所述POWERLINK从站的以太网连接；

所述DPRAM，用于存储所述通信处理器的所述解析数据的诊断状态，以供所述主控处理器验证所述解析数据的有效性。

可选的，还包括：

当所述以太网控制器故障，用于建立所述通信处理器与所述POWERLINK从站的以太网连接的备用以太网控制器。

可选的，所述通信处理器，具体用于利用所述以太网控制器以规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据。

可选的，所述通信处理器，具体用于将所述调用数据利用所述以太网控制器以规定帧格式发送至所述POWERLINK从站。

可选的，所述通信处理器与所述主控处理器通过并口转DDR控制器实现相互通讯；其中，

所述通信处理器，具体用于，发送所述解析数据至所述并口转DDR控制器；读取所述并口转DDR控制器中所述调用数据；

所述主控处理器，具体用于，读取所述并口转DDR控制器中所述解析数据；发送所述调用数据至所述并口转DDR控制器；

所述并口转DDR控制器，用于接收所述解析数据和所述调用数据，并分别保存至TRIBUF缓冲区。

本发明还公开了一种分布式控制系统内部总线通讯方法，包括：

利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对所述输入数据进行解析，生成解析数据；

将所述解析数据发送至主控处理器；

接收所述主控处理器输出的输出数据，对所述输入数据进行调用，生成调用数据；

利用所述以太网控制器将所述调用数据发送至所述POWERLINK从站。

可选的，所述利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据的过程，包括：

利用所述以太网控制器以规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据。

可选的，所述利用所述以太网控制器将所述调用数据发送至所述POWERLINK从站的过程，包括：

利用所述以太网控制器将所述调用数据以规定帧格式发送至所述POWERLINK从站。

可选的，所述将所述解析数据发送至所述主控处理器的过程，包括：

将所述解析数据发送至并口转DDR控制器，以使所述主控处理器从所述并口转DDR控制器中获取所述解析数据。

可选的，所述接收所述主控处理器输出的输出数据的过程，包括：

从并口转DDR控制器中获取所述主控处理器输出的输出数据。

本发明中，分布式控制系统内部总线通讯系统，包括：通信处理器、以太网控制器、DPRAM和主控处理器；其中，通信处理器，用于利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对输入数据进行解析，生成解析数据，将解析数据发送至主控处理器；接收主控处理器输出的输出数据，对输入数据进行调用，生成调用数据，将调用数据利用以太网控制器发送至POWERLINK从站；主控处理器，用于接收通信处理器输入的解析数据，对解析数据进行IEC运算，生成输出数据，将输出数据发送至通信处理器；以太网控制器，用于建立通信处理器与POWERLINK从站的以太网连接；DPRAM，用于存储通信处理器的解析数据的诊断状态，以供主控处理器验证解析数据的有效性。

本发明通过通信处理器在输入数据进入主控处理器前，对输入数据进行解析，主控处理器在生成输出数据后直接发送至通信处理器，通信处理器再对输出数据进行调用，生成调用数据，以使POWERLINK从站能够依据调用数据进行响应，使主控处理器无需再对数据进行协议栈的调用和解析，均由并行运算的通信处理器完成，能够快速调用和解析协议内容，减少了主控处理器的IEC调度周期，提高了主控处理器的处理速度，提高了DCS系统的实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种分布式控制系统内部总线通讯系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种分布式控制系统内部总线通讯方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种分布式控制系统内部总线通讯系统，参见图1所示，该系统包括：通信处理器11、以太网控制器12、DPRAM13和主控处理器14；其中，通信处理器11与以太网控制器12相连，通信处理器11与主控处理器14相连，DPRAM13分别与通信处理器11和主控处理器14相连。

通信处理器11，用于利用以太网控制器12获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对输入数据进行解析，生成解析数据，将解析数据发送至主控处理器14；接收主控处理器14输出的输出数据，对输入数据进行调用，生成调用数据，将调用数据利用以太网控制器12发送至POWERLINK从站；

主控处理器14，用于接收通信处理器11输入的解析数据，对解析数据进行IEC运算，生成输出数据，将输出数据发送至通信处理器11；

以太网控制器12，用于建立通信处理器11与POWERLINK从站的以太网连接；

DPRAM13，用于存储解析数据的诊断状态，以供主控处理器14验证解析数据的有效性。

具体的，通信处理器11可以为安装于POWERLINK通信卡处理器中的处理器核心，通信处理器11可以通过AXI总线与以太网控制器12相连，通信处理器11利用以太网控制器12建立的与POWERLINK从站的以太网，访问POWERLINK从站，从中获取POWERLINK从站采集到的实时输入数据，通信处理器11对获取到的输入数据进行协议解析，得到主控处理器14能够直接进行IEC运算的解析数据，并将解析数据发送至主控处理器14，主控处理器14可以直接利用解析数据进行IEC运算，而无需再对输入数据进行解析，减少了主控处理器14的计算任务，减少了主控处理器14的IEC调度周期，提高了主控处理器14的处理速度，通信处理器11接收主控处理器14运算IEC结束后的输出数据，通信处理器11对输出数据进行协议调用，生成POWERLINK从站可以直接接收的调用数据，主控处理器14无需再对输出数据进行调用，减少了主控处理器14的计算任务，减少了主控处理器14的IEC调度周期，提高了主控处理器14的处理速度。

可见，本发明实施例中通过通信处理器11在输入数据进入主控处理器14前，对输入数据进行解析，主控处理器14在生成输出数据后直接发送至通信处理器11，通信处理器11再对输出数据进行调用，生成调用数据，以使POWERLINK从站能够依据调用数据进行响应，使主控处理器14无需再对数据进行协议栈的调用和解析，均由并行运算的通信处理器11完成，能够快速调用和解析协议内容，减少了主控处理器14的IEC调度周期，提高了主控处理器14的处理速度，提高了DCS系统的实时性。

其中，主控处理器14可以通过外部并行总线和DPRAM13与通信处理器11相连，主控处理器14通过外部并行总线接收通信处理器11发送的解析数据，发送调用数据至通信处理器11，主控处理器14利用DPRAM13中存储的通信处理器11的解析数据的诊断状态，判断当前解析数据是否有效，例如，DPRAM13中存储通信处理器11的解析数据的时间戳，主控处理器14通过判断自身时间戳与解析数据的时间戳是否时间在预设范围内，如5ms，判断解析数据是否有效，主控处理器14接收解析数据后进行IEC运算，得到运算结果即输出数据，并发送至通信处理器11。

本发明实施例公开了一种具体的分布式控制系统内部总线通讯系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

本发明实施例中，为避免以太网控制器出现故障，造成通信处理器与POWERLINK从站的以太网连接断开，分布式控制系统内部总线通讯系统还可以包括：当以太网控制器故障，用于建立通信处理器与POWERLINK从站的以太网连接的备用以太网控制器；通过增加利用AXI总线与通信处理器相连的备用以太网控制器，可以保证以太网控制器故障后，备用以太网控制器能够继续建立通信处理器与POWERLINK从站的以太网连接。

需要说明的是，为保证数据传输不会出现中断，造成数据丢失，备用以太网控制器在处于备用状态下，与处于运行状态的以太网控制器同步接收或发送数据，但备用以太网控制器发送的数据不会被通信处理器和POWERLINK从站所使用，仅当处于运行状态的以太网控制器故障，备用以太网控制器引入运行状态后，通信处理器和POWERLINK从站才会使用备用以太网控制器传输的数据。

本发明实施例中，为加快通信处理器与主控处理器的通信速度，避免访问冲突，通信处理器与主控处理器通过并口转DDR控制器实现相互通讯；其中，

通信处理器，具体用于，发送解析数据至并口转DDR控制器；读取并口转DDR控制器中调用数据；

主控处理器，具体用于，读取并口转DDR控制器中解析数据；发送调用数据至并口转DDR控制器；

并口转DDR控制器，用于接收解析数据和调用数据，并分别保存至TRIBUF缓冲区。

具体的，为避免通信处理器和主控处理器访问并口转DDR控制器造成冲突，可以利用FPGA的并口转DDR控制器接收解析数据和调用数据，并分别保存至TRIBUF缓冲区。

本发明实施例中，通信处理器，具体用于利用以太网控制器以规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据；将调用数据利用以太网控制器以规定帧格式发送至POWERLINK从站，其中，规定帧格式可以为以太网帧格式、数据帧格式、802.3帧格式和MAC帧格式。

本发明实施例还公开了一种分布式控制系统内部总线通讯方法，参见图2所示，该方法包括：

步骤S11：利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对输入数据进行解析，生成解析数据；

步骤S12：将解析数据发送至主控处理器；

步骤S13：接收主控处理器输出的输出数据，对输入数据进行调用，生成调用数据；

步骤S14：利用以太网控制器将调用数据发送至POWERLINK从站。

可见，本发明实施例中通信处理器在输入数据进入主控处理器前，对输入数据进行解析，主控处理器在生成输出数据后直接发送至通信处理器，通信处理器再对输出数据进行调用，生成调用数据，以使POWERLINK从站能够依据调用数据进行响应，使主控处理器无需再对数据进行协议栈的调用和解析，均由并行运算的通信处理器完成，能够快速调用和解析协议内容，减少了主控处理器的IEC调度周期，提高了主控处理器的处理速度，提高了DCS系统的实时性。

具体的，为加快通信处理器与主控处理器的通信速度，避免访问冲突，通信处理器与主控处理器可以通过并口转DDR控制器实现相互通讯，此时，上述将解析数据发送至主控处理器的过程，可以具体为将解析数据发送至并口转DDR控制器，以使主控处理器从并口转DDR控制器中获取解析数据；上述接收主控处理器输出的输出数据的过程，可以具体为从并口转DDR控制器中获取主控处理器输出的输出数据。

具体的，为更准确和快速的获取和发送数据，可以利用以太网控制器发送规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据；利用以太网控制器将调用数据以规定帧格式发送至POWERLINK从站。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种分布式控制系统内部总线通讯系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种分布式控制系统内部总线通讯系统，其特征在于，包括：通信处理器、以太网控制器、DPRAM和主控处理器；其中，

所述通信处理器，用于利用所述以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对所述输入数据进行解析，生成解析数据，将所述解析数据发送至所述主控处理器；接收所述主控处理器输出的输出数据，对所述输入数据进行调用，生成调用数据，将所述调用数据利用所述以太网控制器发送至所述POWERLINK从站；

所述主控处理器，用于接收所述通信处理器输入的所述解析数据，对所述解析数据进行IEC运算，生成输出数据，将所述输出数据发送至所述通信处理器；

所述以太网控制器，用于建立所述通信处理器与所述POWERLINK从站的以太网连接；

所述DPRAM，用于存储所述通信处理器的所述解析数据的诊断状态，以供所述主控处理器验证所述解析数据的有效性。

2.根据权利要求1所述的分布式控制系统内部总线通讯系统，其特征在于，还包括：

当所述以太网控制器故障，用于建立所述通信处理器与所述POWERLINK从站的以太网连接的备用以太网控制器。

3.根据权利要求1所述的分布式控制系统内部总线通讯系统，其特征在于，所述通信处理器，具体用于利用所述以太网控制器以规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据。

4.根据权利要求3所述的分布式控制系统内部总线通讯系统，其特征在于，所述通信处理器，具体用于将所述调用数据利用所述以太网控制器以规定帧格式发送至所述POWERLINK从站。

5.根据权利要求1至4任一项所述的分布式控制系统内部总线通讯系统，其特征在于，所述通信处理器与所述主控处理器通过并口转DDR控制器实现相互通讯；其中，

所述通信处理器，具体用于，发送所述解析数据至所述并口转DDR控制器；读取所述并口转DDR控制器中所述调用数据；

所述主控处理器，具体用于，读取所述并口转DDR控制器中所述解析数据；发送所述调用数据至所述并口转DDR控制器；

所述并口转DDR控制器，用于接收所述解析数据和所述调用数据，并分别保存至TRIBUF缓冲区。

6.一种分布式控制系统内部总线通讯方法，其特征在于，包括：

利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据，对所述输入数据进行解析，生成解析数据；

将所述解析数据发送至主控处理器；

接收所述主控处理器输出的输出数据，对所述输入数据进行调用，生成调用数据；

利用所述以太网控制器将所述调用数据发送至所述POWERLINK从站。

7.根据权利要求6所述的分布式控制系统内部总线通讯方法，其特征在于，所述利用以太网控制器获取POWERLINK从站采集到的输入数据的过程，包括：

利用所述以太网控制器以规定帧格式获取POWERLINK从站采集到的输入数据。

8.根据权利要求7所述的分布式控制系统内部总线通讯方法，其特征在于，所述利用所述以太网控制器将所述调用数据发送至所述POWERLINK从站的过程，包括：

利用所述以太网控制器将所述调用数据以规定帧格式发送至所述POWERLINK从站。

9.根据权利要求6所述的分布式控制系统内部总线通讯方法，其特征在于，所述将所述解析数据发送至所述主控处理器的过程，包括：

将所述解析数据发送至并口转DDR控制器，以使所述主控处理器从所述并口转DDR控制器中获取所述解析数据。

10.根据权利要求9所述的分布式控制系统内部总线通讯方法，其特征在于，所述接收所述主控处理器输出的输出数据的过程，包括：

从并口转DDR控制器中获取所述主控处理器输出的输出数据。