CN110663227A

CN110663227A - 总线转换器

Info

Publication number: CN110663227A
Application number: CN201880034583.6A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·夸克纳克; 汉斯-赫伯特·基尔斯特
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: DE102017208824A1; WO2018215305A1; EP3632050B1; US11929848B2; US11558217B2; US20200092133A1; CN110663227B; CN116232800A; DE102017208824B4; EP3632050A1; US20230139414A1

Abstract

本发明涉及一种用于将现场总线(2)耦合到本地总线(6)以连接到至少一个数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的装置(3)，该装置(3)具有：第一单元(17)，其能够连接到现场总线(2)，并适于通过现场总线(2)发送和接收数据；第二单元(19)，其能够连接到本地总线(6)，并适于经由本地总线(6)在至少一个数据包(24、26)中发送和接收数据；数据管理单元(18)，其连接到第一单元(17)和第二单元(19)，其中数据管理单元(18)适于以取决于顺序的方式将经由第一单元(17)接收的数据中的第一符号(21)传输到第二单元(19)中；并且其中第二单元(19)适于在本地总线(6)上发送包含第一符号(21)的至少一个数据包(24)。此外，本发明涉及一种用于传输数据的相应方法。

Description

总线转换器

技术领域

本发明总体上涉及一种用于将现场总线连接到本地总线的装置，并且特别是涉及一种将数据从现场总线的数据流转换成本地总线的数据流的总线转换器。

背景技术

连接两个总线系统的装置主要用于自动化设备。

自动化设备尤其用于控制工厂、建筑物和交通工具。为了控制自动化设备，通常需要多个传感器和执行器。这些传感器和执行器监视和控制由设备执行的过程。在此，自动化设备的不同传感器和执行器在此通常称为自动化仪器。

这些自动化仪器可以直接连接到自动化设备的控制部，或者可以首先连接到输入和输出模块，这些模块通常称为E/A模块。这些模块又可以直接连接到控制部。

在此，自动化仪器在此可以直接集成在E/A模块中，也可以通过电缆或无线方式连接到E/A模块。

自动化设备的控制部通常借助一个或多个存储可编程控制部SPS完成。在此，可以在自动化设备中分层或分散地布置SPS。在此，在SPS中具有不同的性能等级，这样他们就可以根据计算和存储容量来接管不同的控制和调节。在最简单的情况下，SPS具有输入，输出，操作系统(固件)和接口，可通过该接口加载用户程序。用户程序定义了如何根据输入切换输出。在此，输入和输出可以连接到自动化仪器和/或E/A模块，并且借助用户程序中存储的逻辑可以监视或控制由自动化设备执行的过程。在此，过程的监控由传感器完成，并且过程的控制由执行器完成。控制部也可以称为中央控制部或中央单元，并承担至少对连接到该控制部的自动化仪器或E/A模块的控制。

但是，自动化仪器与至少一个控制部或E/A模块与至少一个控制部的直接连接采用并行布线的形式，即，从每个自动化设备或每个E/A模块分别将一条线路布设到上级控制部，非常繁琐。恰好是随着自动化设备自动化程度的提高，在并行布线中增加了布线成本。这与规划、安装、调试和维护上的巨大成本有关。

因此，当今在自动化技术中通常使用总线系统，通过该总线系统可以将自动化仪器或E/A模块连接到控制部。总线系统的这种用户设备也称为总线用户设备。因为数据是在总线系统上交换的，所以总线用户设备通常也称为数据总线用户设备。为了进一步简化单个自动化仪器或E/A模块与总线系统的连接，如今单个自动化仪器或E/A模块的编组借助专门的本地总线首先相互连接至本地总线系统，并且然后该本地总线的至少一个用户设备连接到总线系统，该总线系统连接到控制部。在此，本地总线系统可能不同于总线系统，总线系统用于实现与控制部的连接。

与控制部的总线系统连接的一组本地总线用户设备的用户设备通常称为本地总线主机。备选地，使用术语：本地总线系统的前端。与其他本地总线用户设备相比，该本地总线主机可以包含其他逻辑、电路或功能，这些逻辑、电路或功能对于连接到控制部的总线系统都是必需的。而且，本地总线主机本身可以包括SPS。该用户设备还可以具有用于在两个总线系统之间进行转换的逻辑和电路。因此，本地总线主机也可以构造为网关或总线转换器，并确保将以总线系统格式的数据转换为本地总线系统的格式，反之亦然。但是，在大多数情况下不强制的是，本地总线主机专门用于将本地总线连接到上级总线。

所使用的本地总线主要是针对自动化仪器或E/A模块的特定应用需求而协调的，或者考虑到其特殊的硬件设计。在此，本地总线系统的自动化仪器或E/A模块的编组通常构成自动化设备的子组，用于在由自动化设备执行的过程中执行特定任务。在总线上交换的用于过程的数据通常也称为本地总线数据或过程数据，因为该数据包括用于调节或控制由自动化设备执行的过程的信息。在此，这些数据在此尤其可以包括测量数据、控制数据、状态数据和/或其他信息。根据所使用的总线协议，在这些数据之前可以设置其他数据(报头)或为这些过程数据附加其他数据(尾部)。

这些其他数据可以包括关于数据的信息，或者包括关于本地总线上的内部通信的信息。在此，已知各种不同的信息，这些信息可以根据所使用的总线协议设置在过程数据之前或附加到数据。连接到本地总线的本地总线用户设备也可以称为数据总线用户设备，因为这些本地总线用户设备在本地总线上交换数据。在此，数据总线用户设备特别是通过例如将控制信号输出到执行器和/或通过例如从传感器接收测量信号来控制或监视过程。数据总线用户设备将控制信号和/或测量信号转换为本地总线的数据，反之亦然。

在此，环形总线是本地总线的一种特殊形式，例如从US 5、472、347A已知。在环形总线中，数据总线用户设备(例如自动化仪器或E/A模块)分别连接到其直接相邻的数据总线用户设备，并且数据根据序列从一个数据总线用户设备转发到另一个数据总线用户设备。在本地总线上传输的数据也可以称为本地总线数据。因此，并非所有数据总线用户设备都同时发送数据，而是根据序列，其中数据总线用户设备从其上游数据总线用户设备接收数据，并将数据转发到其下游数据总线用户设备。在数据接收和转发之间，数据总线用户设备可以处理接收到的数据。当数据到达序列中的最后一个数据总线用户设备时，来自最后一个数据总线用户设备的数据又根据序列返回到第一数据总线用户设备。在此，返回可以由所有数据总线用户设备完成，也可以在旁路线路的帮助下绕过他们。因此，环形总线具有数据的下行流和上行流。环形总线中的数据通常以通过所有数据总线用户设备的数据包的形式传输。

在环形总线中，数据包从一个数据总线用户设备转发到另一个数据总线用户设备。在此，在任何给定时间，数据总线用户设备始终仅从其上游数据总线用户设备接收数据包的一部分。当包含在此部分中的数据已由数据总线用户设备处理后，该部分将转发给下游数据总线用户设备，同时上游数据总线用户设备接收数据包的新部分。这样，数据包的所有部分依次通过所有数据总线用户设备。

在已知的环形总线系统或其他本地总线系统中，使用总线转换器，总线转换器以本地总线兼容格式转换来自控制部的数据流。在此，通常使用高性能的控制器，控制器对来自控制部的数据进行重新排序，这些数据以符合本地总线上的数据总线用户设备的顺序的方式以本地总线兼容的格式存在。这意味着重新排序后的数据顺序与数据总线用户设备在本地总线上布置的顺序相对应。由于这种重新排序，在这种总线系统中可以省去寻址，因为数据是根据数据总线用户设备在本地总线中的物理位置来布置的。例如，指向第一数据总线用户设备的数据以本地总线兼容格式放置到第一位置上，指向本地总线中的第二数据总线用户设备的数据以本地总线兼容格式放置到第二位置上，等等。为了在没有大的延迟的情况下进行这种转换，特别是重新排序，在已知的系统中大多使用高性能的高时钟控制器。但是即使使用这些高性能的控制器，延迟也只能最小化至一定程度。高性能的控制器也有几个缺点，大多数控制器需要主动冷却，具有高功耗且价格昂贵。

因此，本发明的目的是提供一种装置和相应的方法，利用该装置和相应的方法，几乎可以无延迟地将数据从现场总线转换为本地总线，并且尤其是转换为环形总线，并且该转换不需要任何复杂的硬件。

发明内容

该任务通过根据独立权利要求的装置和方法来解决。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。

在此，根据本发明的装置，也可以称为总线转换器或网关，具有第一单元，该第一单元可以连接到现场总线，并且该第一单元适于经由现场总线发送和接收数据。在此，现场总线可以是可以在自动化设备中使用的任何总线，并且可以借助该总线与控制部(例如SPS)建立连接。在此，也可以通过多个不同的现场总线建立与控制部的连接，即使根据本发明的第一单元和控制部之间的连接由多个不同的现场总线组成，整个连接也应理解为现场总线。根据本发明，第一单元适于连接到现场总线。为此，第一单元可以具有为现场总线设计的接口。该接口可以通过有线或无线方式与现场总线建立连接。经由第一单元的接口或经由第一单元，数据流可以被现场总线接收并且数据流可以被输出到现场总线。第一单元由于其与现场总线的连接性，也可以称为现场总线核心(FBC)。FBC可以构造为单独的算术逻辑单元，计算内核或设计为数字逻辑的算术电路，该算术电路尤其至少构造为半导体芯片的一部分。FBC可以位于专用集成电路(ASIC)，现场可编程(逻辑)门阵列(FPGA)或其他可编程电路(PLD)或离散栅极或晶体管逻辑中被实施。

此外，根据本发明的装置还具有第二单元，该第二单元可以连接到本地总线，特别是环形总线，并且该第二单元适于经由本地总线以至少一个数据包的形式发送和接收数据。数据包也可以称为电报。数据包具有例如报头、净荷以及有利地具有校验和。数据包有利地是通信数据包或过程数据包。

通信数据包不包含过程数据。有利地，通信数据包包含数据，尤其是用于编程和/或用于控制和/或用于监视和/或用于识别至少一个数据总线用户设备的数据。有利地，通信数据包具有分配给至少一个数据总线用户设备的地址。优选地，数据总线用户设备被设置为评估地址。

过程数据包具有由本地总线的数据总线用户设备发送和/或接收的过程数据。有利地，过程数据包不具有用于向本地总线中的数据总线用户设备或从本地总线中的数据总线用户设备发送过程数据的地址。在过程数据包中，过程数据例如被布置成使得基于过程数据在过程数据包中的相应位置，例如在相关联的连续数据块(1字节)内的一个或多个位，数据总线用户设备可以识别与相应的数据总线用户设备相关的那些过程数据。有利地，过程数据包具有标识符(IDE)，该标识符分配给数据包的类型，也就是说分配给过程数据包，并且可以由数据总线用户设备识别。过程数据可以被称为本地总线数据。

现场总线和本地总线上使用的协议可能不同，因此如果不进行转换，则不能将现场总线兼容格式发送到本地总线，并且反之亦然，如果不进行转换，则不能将本地总线兼容格式发送到现场总线。

根据本发明，第二单元适于连接到本地总线。为此，第二单元可以具有为本地总线设计的接口。该接口可以通过有线或无线方式与本地总线建立连接。经由第二单元的接口或经由第二单元，数据包可以被发送到本地总线，并且数据包可以被本地总线接收。由于第二单元与本地总线的连接性，它也可以称为本地总线核心(LBC)。LBC可以构造为单独的算术逻辑单元，计算内核或设计为数字逻辑的算术电路，该算术电路尤其至少构造为半导体芯片的一部分。LBC可以在ASIC、FPGA或其他PLD或离散栅极或晶体管逻辑实现。

根据本发明的装置还具有连接至第一和第二单元的数据管理单元。数据管理单元也可以称为管理单元(MU)，在此数据管理单元可以根据其方向而称为现场总线管理单元(FMU)或本地总线管理单元(LMU)。连接可以有利地是单元之间的并行总线，并行总线例如被配置为32位并行总线。数据管理单元适于将经过第一单元(FBC)接收的数据中的第一符号以取决于顺序的方式传输到第二单元(LBC)。在这种情况下，取决于顺序意味着，符号根据其从第一单元接收的顺序被传输到第二单元。因而顺序取决于传入的符号。例如，可以将通过现场总线接收的符号依顺序地传送到第二单元中。在此，例如通过现场总线接收的符号的顺序没有改变或主要不改变，也就是说，符号也按照它们在现场总线上被接收的顺序传送到第二单元。也可以这么说，由于保持了符号的顺序，所以不发生重新排序。也可以说，符号是一对一传输的。在此，传输的符号可以是通过现场总线从控制部以现场总线兼容格式接收的过程数据。在此，现场总线兼容的格式可以具有过程数据以及前置、附加或叠加过程数据的其他数据。在此，其他数据例如是总线特定的，而过程数据是总线中性的。在大多数情况下，在现场总线兼容格式的情况下，在过程数据前面是其他数据，这些数据可以称为头部分，并且通常用于寻址和控制。对过程数据也可以附加可用于错误识别的其它数据。过程数据是现场总线兼容格式的有用数据部分(净荷)的组成部分。过程数据被设计成引起对本地总线的数据总线用户设备的控制、调节或其他响应。例如，可以经由现场总线接收现场总线电报，过程数据以具有固定位数的符号的形式被包含在现场总线电报中，并且其中符号以第一顺序布置在现场总线电报中。数据管理单元在此可以适于以第二顺序将符号从现场总线电报传送到LBC。优选地，符号的第一和第二顺序在此是一致的。

数据管理单元可以适于仅传送过程数据。这意味着数据管理单元或第一单元已经可以适用于从现场总线兼容格式或现场总线电报中选择过程数据。数据管理单元可以构造为单独的算术逻辑单元，计算内核或设计为数字逻辑的算术电路，该算术电路尤其至少构造为半导体芯片的一部分。数据管理单元可以在ASIC、FPGA或其他PLD或离散栅极或晶体管逻辑实现。FBC，LBC和数据管理单元也可以一起在ASIC中，在FPGA中，在PLD中，或在离散栅极或晶体管逻辑中一起实现。特别是在传送之后，可以借助于操纵单元来规定，以由本地总线主机有针对性地改变过程数据。为此，本地总线主机有利地具有指令，该指令引起过程数据的改变。

在将第一符号传输到LBC并生成承载已传输符号的数据包之后，可以以例如8位(即1个字节)的部分将该数据包发送到本地总线，并且该数据包的单个部分可以连续经过本地总线的数据总线用户设备。也就是说，在任何给定的时间，数据总线用户设备总是仅从其上游数据总线用户设备接收数据包的一部分。当包含在此部分中的过程数据已由数据总线用户设备处理后，该部分将转发给下游数据总线用户设备，同时上游数据总线用户设备接收数据包的新部分。在此，LBC和本地总线的数据总线用户设备可以是时钟同步的，从而当LBC将数据包的新部分发送到本地总线上时，相应的数据总线用户设备还将数据包的当前部分发送到其下游数据总线用户设备。在此，本地总线中的最后的数据总线用户设备可以再次通过所有数据总线用户设备或通过旁路线路将其当前部分发送回LBC。在此，LBC可以同步到现场总线的时钟，即同步到从FBC上的现场总线接收现场总线电报中的时钟。在此，在已经通过FBC完全接收到第一符号之前，LBC可以适于输出已经在本地总线上的数据包的开始。

利用根据本发明的装置，通过过程数据的与序列有关的传输，可以实现从现场总线的数据流到本地总线加速转换，反之亦然。在此，本地总线的数据总线用户设备的所有必要过程数据的转换是总线中性且以最少的延迟时间和最少抖动进行的。由于转换取决于顺序但始终相同，因此有利的是，数据总线用户设备了解所使用的顺序，其中顺序可能不同于数据总线用户设备在本地总线中的物理位置的顺序。顺序的了解实现对数据总线用户设备进行编程，使得这些数据总线用户设备可以从数据包中获取指向其的过程数据，而无需为此而对过程数据进行重新排序。在此，数据总线用户设备的编程可以例如通过通信数据包进行，该通信数据包在承载过程数据的数据包之前由第二单元发送。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，数据管理单元适于将附加符号前置于和/或附加和/或插入第一符号。在此，可以设想，其他符号是空符号，例如当本地总线不允许符号中有任何间隙，或者LBC期望符号的一定数量，但是该数量与第一符号的数量不对应时，这些其他符号用于考虑本地总线上的完整性。在此，数据管理单元还可以适于将另外的符号插入第一符号中。数据管理单元还可适于从第一符号中去除不必要的符号。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，数据管理单元缓存第一符号。例如，数据管理单元可以将传输的符号缓存在存储器中，以便将这些符号提供给控制器以进行评估。

在此，控制器被设置成不仅在FBC和LBC之间传输数据。借助于缓存，例如即使在没有数据流中断的情况下也可以检查传输的符号。此外，缓存还实现的是，符号的德尔塔调整在本地总线上发送之前和从本地总线接收之后执行。为了缓存所传送的符号，根据本发明的装置可以具有至少一个易失性或非易失性存储器，例如伪静态动态随机存取存储器。然而，本领域技术人员已知的是，可以使用用于保存数据进行缓存的任何其他装置。在此，该装置本身不必一定是装置的一部分，而可以在外部由该装置保持，或者是附加模块。装置，并且尤其是数据管理单元仅需要访问该装置。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，LBC适于生成包括第一符号的数据包并在本地总线上发送该数据包。在此，可以在本地总线上逐个符号地发送数据包。在此，LBC可以进行所有必要的协议特定适配，以在本地总线上发送数据包。LBC还适于从本地总线接收数据包，其中所接收的数据包可以包括与第一符号不同的第二符号。LBC还适于操纵第一和/或第二符号。该操纵可以逐位地完成，并且可以用于根据相应的发送方向来适配第一和第二符号。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，数据管理单元用作主单元。在此，数据管理单元具有连接到FBC的从接口的第一主接口，并且数据管理单元具有连接到LBC的从接口的第二主接口。也就是说，数据管理单元通过数据管理单元经由第一主接口从FBC请求符号并且经由第二主接口将请求的符号传输到LBC来控制FBC和LBC之间的第一符号的传输过程。在此，数据管理单元具有第一数据传输单元DTU₀，其中，DTU₀适于基于第一指令经由第一主接口从FBC的缓冲器中读取第一符号，并且经由第二主接口将第一符号写入LBC的缓冲器中。在此，DTU₀还适于将经由第二主接口写入的第一符号的有效性发送到LBC。在此，例如通过控制信号、标记、标志或其他代码显示有效性。仅当显示有效性时，才会从LBC向本地总线发送第一符号。如果未确定有效性，则例如可以再次传送并发送最后有效接收到的第一符号。备选地，在这种情况下，还可以发送不会对数据总线用户设备造成任何或已定义的控制、调节等的默认符号或空符号。这防止错误传送的第一符号在本地总线上发送，这可能导致数据总线用户设备或与之相关的执行器的错误控制、调节等。数据管理单元还可包括第二数据传输单元DTU₁，其适于基于第二指令经由第二主接口从LBC的缓冲器中读取第二符号，并经由第一主接口将第二符号写入FBC的缓冲器中。因此，DTU₀适于将符号从现场总线向着本地总线的方向传输，而DTU₁适于将符号从本地总线向着现场总线的方向传输。DTU₀、₁优选在硬件方面彼此独立地实现，因此存在传送方向之间的分离，并且硬件分离可以允许在两个传送方向上并行处理，即，可以确保在两个方向上同时传送。DTU₁还可以适于仅在LBC发送第二符号的有效性时才将第二符号的一部分写入FBC的缓冲器中。这具有的优点是，通过现场总线将第二符号发送到控制部的时间可以延迟，直到检查完第二符号的有效性为止。这是由于FBC仅在第二符号完成时才通过现场总线从缓冲器发送第二符号，例如仅在缓冲器已达到一定填充量时(即例如现场总线电报是完整的)才发送。此外，数据管理单元还可以适于基于LBC的控制信号来传送第二符号。仅当存在该控制信号时，才传输第二符号。

第一数据传输单元DTU₀和第二数据传输单元DTU₁也可以称为复制单元。在此，DTU₀将从通过现场总线接收的从数据流中选择的过程数据复制到LBC的缓冲器中。DTU₁将从通过本地总线接收的从数据流中选择的过程数据复制到FBC的缓冲器中。然后，FBC和LBC分别将它们的缓冲器内容发送到现场总线或本地总线。在此，FBC和LBC不是总线中性的，因为它们将相应的缓冲器内容打包为现场总线兼容或本地总线兼容的格式。这意味着FBC和LBC适用于相应的总线系统。因此，这些单元可以设计成能够互换，因此这些单元可以根据所使用的总线系统进行更改。但是，复制单元是总线中性的，因为它们仅复制过程数据，而在此没有考虑其他特定于总线的信息。但是在此，复制单元取决于顺序复制第一和第二过程数据。这意味着复制单元按从数据流中获取过程数据的顺序复制过程数据。例如，这意味着第一过程数据以通过现场总线接收第一过程数据的顺序也被复制到LBC中。以相反的顺序，这意味着将第二过程数据以通过本地总线接收第二过程数据的顺序复制到FBC。在此也可以说，在不改变其顺序的情况下，通过复制单元在FBC和LBC之间复制过程数据。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，该装置还具有计算单元，用于控制FBC和/或数据管理单元和/或LBC，并且用于评估第一和第二符号。计算单元可以是微控制器，微控制器通过并行总线连接到FBC、LBC和/或数据管理单元。例如，该总线可以是32位并行总线。计算单元可以适于对FBC，LBC和/或数据管理单元根据指令进行操作的该指令进行编程和修改。此外，计算单元可以适于经由现场总线或从数据管理单元的本地总线接收、读出和评估数据。此外，计算单元可以适于读出和评估由数据管理单元缓存的第一符号，即缓存的过程数据。而且，计算单元可以适于控制LBC，特别是将用于操纵过程数据的控制数据写入LBC。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，第一单元适于检查经由现场总线接收的数据的有效性。第一单元还可以适于信令所接收的数据的有效性。第二单元可以适于检查经由本地总线接收的数据的有效性。第二单元还可以适于信令所接收的数据的有效性。例如，只有在信令相应的有效性后才能传输数据。数据流的有效性例如可以基于CRC校验来进行。在此，两个单元或仅一个单元可以适于检查相应的有效性。如果所传送的数据或所接收的数据的有效性未被相应的另一单元信令，则第一单元和第二单元可以适于不向现场总线或本地总线输出数据。在此可以出现的是，连接到第一单元上的现场总线需要连续发送数据，即在没有时间中断的情况下发送数据，在这种情况下，当否则前数据的有效性没有被给出时，可以在现场总线上发送最后被第一单元确认为有效的数据。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，该装置还具有时钟设定器和/或定时器，用于产生内部定时和/或用于转交给本地总线的数据总线用户设备。此外，根据本发明的装置可以包括用于使时钟设定器和/或定时器与现场总线的时钟同步的同步单元。例如，同步单元可以适于检测从现场总线接收的数据流中的转变，并且可以使用该转变来调节内部时钟信号的时钟频率，并且将内部时钟信号的定义的相位设置为所检测到的转变。因此，根据本发明的装置的定时器可以例如与由控制部使用的定时同步。该定时也可以将根据本发明的装置传递给本地总线的数据总线用户设备。在本地总线上发送数据包的部分时，可以使用此定时。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，现场总线是以下编组中的一种：ARCNET，AS-Interface，BACNet，BITBUS，ControlNet，Profibus/Profinet，EtherCAT，Ethemet/IP，Interbus，AS-Interface，CIP协议，CANopen，CC-Link，Modbus，Modbus/TCP，P-NET，Lonworks，SERCOS，BACnet，Bitbus，测量总线，Powerlink，DeviceNet，RTPS，DALI，EIB，FAIS总线，FIB总线，FlexRAY，HART，KNX，LCN，LIN，LON，P-Net，T-Bus，VARAN。但也能够考虑的是，现场总线使用其它的总线协议。由现场总线使用的协议仅必须允许可以明确地区分过程数据和非过程数据，即包含在数据流中的其他数据。为此，例如通过协议必须明确预定过程数据在数据流中的哪个位置以及非过程数据在哪个位置。备选地或附加地，如果过程数据并非总是在数据流中的相同位置上找到，则协议必须允许根据数据流中的其他信息来确定过程数据的位置。过程数据在数据流中的位置确定是必要的，这样就可以从数据流中选择过程数据。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，第一单元被设计为第一逻辑电路，并且第二单元被设计为第二逻辑电路。在此，第一和第二逻辑单元适于彼此独立地操作。这意味着两个逻辑电路可以同时执行不同的运算操作。这通过第一和第二逻辑电路的单独的硬件实现来实现。

在根据本发明的装置的另一优选实施方式中，第一单元适于从现场总线接收串行数据流并且在现场总线上输出串行数据流。第二单元适于将串行数据流输出到本地总线并从本地总线接收串行数据流。第一和第二单元优选地适于将串行数据流转换成并行数据流。优选地，第一和第二单元通过各自的并行总线连接到数据管理单元。这些并行总线可以设计为32位并行总线。这意味着在根据本发明的装置内，并行转发各个数据流的符号。各个并行总线也可以是单个并行总线的区段。

上述目的也通过一种用于在现场总线和本地总线，特别是环形总线之间传输数据的方法来实现，其中至少一个数据总线用户设备连接到本地总线。根据本发明的方法包括在第一单元处经由现场总线接收数据，其中所接收的数据包括第一符号，第一符号到第二单元的顺序相关的传输，以及在本地总线上从包括第一符号的第二单元发送数据包。

附图说明

接下来借助实施例利用附图更详细地解释本发明。从所描述的实施例得到本发明的主题的进一步细节、特征和优点。图示：

图1是具有存储可编程控制部，现场总线，根据本发明的装置的实施例和示例性环形总线的示例性自动化设备的示意性框图；

图2是根据本发明的装置的实施例的示意性框图；

图3a是根据本发明的装置的示例性实施例的示意性框图，其中将第一符号从现场总线传输到环形总线中；和

图3b是根据本发明的装置的实施例的示意性框图，其中将第二符号从环形总线传输到现场总线。

具体实施方式

图1示出了自动化设备的示意性框图。本领域技术人员将理解，所示的自动化设备只是示例，并且属于自动化设备的所有元件、模块、构件、用户设备和单元都可以进行不同配置，但仍然可以满足此处描述的基本功能。

图1所示的自动化设备具有上级控制部1，上级控制部例如可以通过存储可编程控制部SPS来实现。这样的SPS 1基本上用于控制和调节由自动化设备执行的过程。但是，当今自动化设备中的SPS 1还承担更广泛的功能，例如可视化、报警和记录与过程有关的所有数据，并且因此SPS 1充当人机接口。存在不同性能等级的SPS 1，其具有不同的资源(计算容量、存储器容量、输入和输出以及接口的数量和类型)，这些资源使SPS 1实现控制和调节自动化设备的过程。SPS1通常具有模块化构造，并且包括单个组件，每个组件执行不同的任务。通常，SPS 1包括中央计算结构组(具有一个或多个主处理器和存储模块)和多个具有输入和输出的结构组。

通过添加结构组，可以轻松扩展此类模块化构造的SPS 1。在此，取决于过程的复杂性和自动化设备的结构的复杂性的是哪些结构组必须集成在SPS 1中。在当今的自动化设备中，SPS 1通常也不再是独立的系统，而是通过相应的接口(此处未显示)将SPS 1连接到互联网或内联网。

这意味着SPS 1是网络的一部分，通过该网络或从该网络中SPS 1可以获得信息，指令，程序等。例如，SPS 1可以通过与位于内联网或互联网上的计算机的连接来获取有关过程提供的材料的信息，因此例如通过了解材料的数量或性质可以最佳控制该过程。也可以设想的是，SPS 1由使用者从内联网或互联网进行的访问进行控制。因此例如使用者在计算机(也称为主计算机)的帮助下可以访问SPS 1并检查、更改或纠正其用户编程。因此，可以从一个或多个远程控制站或控制中心访问SPS 1。如果需要，主计算机可以具有可视化设备，用于表示过程序列。

为了控制自动化设备的过程，将SPS l连接到自动化仪器。为了保持较低的接线成本，针对这些连接而使用总线系统。在图1所示的实施例中，SPS 1借助于上级总线2连接到下级本地总线系统的本地总线主机3，该上级总线2在这里所示的实施例中可以是现场总线。然而在上级总线2上不仅可以如这里所示的实施例中那样连接着本地总线的本地总线主机3，而且还连接着被设计用于与SPS 1通信的任何其他用户设备(这里未示出)。

在这里示出的实施例中，上级总线2与本地总线主机3连接。为此，本地总线主机3具有第一接口4，第一接口被设计为使得第一接口可以连接到上级总线2。为此，接口4可以具有例如插座形式的容纳部，而上级总线2可以具有可以由插座接收的插头。在此，插头和插座可以是例如模块化插头和模块化插座，即，上级总线2的每根缆芯电或光学地连接到模块化插座中的连接部。但是，本领域技术人员还知道如何设计接口4的其他可行方案，这样就可以将本地总线主机3电连接或光连接到上级总线2。在此，本领域技术人员已知旋拧连接、旋转连接、卡扣连接或插头连接，借助于它们可以建立电连接或光学连接。在此，在大多数情况下，雄插头由雌配合件容纳。该容纳通常不仅建立电连接或光学连接，而且还可以确保这两个部分是机械耦合的，并且只有施加一定的力才能再次解除。但也能够考虑的是，将上级总线2与接口4固定接线。

在此处所示的实施例中，本地总线主机3具有另一个第二接口，以便将本地总线主机3连接到本地总线。数据总线用户设备7a、7b，...，7n连接到本地总线或形成本地总线。本地总线被有利地构造成使得由本地总线主机3发送的数据包通过与本地总线连接的所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n并且发送回本地总线主机3。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n总是仅从其上游数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收数据包的一部分。

经过时间段后，在该时间段中数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以处理此部分中包含的数据，然后将该部分转发给下游数据总线用户设备7a、7b，...，7n，并且同时由上游数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收数据包的新部分。以这种方式，数据包的所有部分依次通过所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。有利地将本地总线设计为环形结构。这样的本地总线也可以称为环形总线6。备选地，本地总线可以链形或星形地形成，或由前述的组合或混合形式形成。在此，数据包的发送和接收是通过本地总线主机3的第二接口完成的。在这里示出的实施例中，第二接口被分为第一部分5a和第二部分5b。第二接口的第一部分5a在环形总线6中建立下行连接，并且第二接口的第二部分5b在环形总线6中建立上行连接。

环形总线6(环形总线的数据发送方向用箭头在图1所示的实施例中示出)在此处所示的实施例中具有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。在这里所示的实施例中，这些数据总线用户设备7a、7b，...，7n分别具有接口8，以便从上游或前面的数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收数据。在数据总线用户设备7a的情况下，数据总线用户设备通过接口8从上游的本地总线主机3接收数据。此外，在这里示出的实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n分别具有接口9，以便将数据转发给下游或随后的数据总线用户设备7a、7b，...，7n。在数据总线用户设备7a的情况下，该数据总线用户设备通过接口9将数据发送到下游数据总线用户设备7b。在此，接口8和9在此用于沿环形总线6的下行方向(即远离本地总线主机3)传播数据。此外，在该实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n还具有用于在环形总线6的上行方向上，即向本地总线主机3传播数据的接口10和11。在此，在数据总线用户设备7a的情况下，接口10被设计成从下游或后续的数据总线用户设备7b接收数据，并且接口11被设计成将数据转发给上游或先前的数据总线用户设备，这里是本地总线主机3。所以也可以说，接口9和11是发送接口，而接口8和10是接收接口。

在此处所示的实施例中，接口和SPS 1或数据总线用户设备7a、7b，...，7n的连接通过电缆或电路板用于借助电触头直接或间接接触来实现。另一备选方案是，单个连接是通过无线方式建立的，并且接口提供了对所用无线标准的必要转换。

即使在这里示出的实施例中，本地总线主机3和单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n彼此分开地示出，本地总线主机3也因此与数据总线用户设备7a、7b，...，7n分散地布置，技术人员知道

数据总线用户设备7a、7b，...，7n和还代表环形总线6的数据总线用户设备的本地总线主机3也可以直接彼此连接。在此，例如一个数据总线用户设备的触头可以嵌入到直接相邻的数据总线用户设备的相应的容纳部或容纳触头，以便在数据总线用户设备之间建立电连接，从而可以在上行方向和下行方向上发送数据。例如，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在背离主机的一侧上具有容纳部，并且在面向主机的一侧上具有触头。如果然后相应地将数据总线用户设备7a、7b，...，7n排成行列，则一个数据总线用户设备7a、7b，...，7n的触头分别嵌入到另一数据总线用户设备7a、7b，...，7n的容纳部中，并且可以产生电连接。本地总线主机3于是在侧面具有相应的触头，该触头嵌入到第一数据总线用户设备7a的容纳部中，以便在接口5a和8或接口5b和11之间产生电连接。然而，本领域技术人员还知道其他可能性，例如压力触头，刀叉触头，例如彼此直接相邻布置的两个数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以产生电连接或光连接。

在数据总线用户设备7a、7b，...，7n和本地总线主机3直接彼此连接的情况下，它们也可以具有机械容纳部或机械紧固装置，单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n和本地总线主机3通过该机械容纳部或机械紧固装置可以彼此连接。在这种情况下，例如数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在一侧上具有突出部而在另一侧上具有底切部。如果随后将数据总线用户设备7a、7b，...，7n排成行列，则一个突出部嵌入到另一个数据总线用户设备7a、7b，...，7n的底切部中，从而产生机械耦合。为了数据总线用户设备7a、7b，...，7n的简单的排成行列，它们也可以布置在公共容纳部上，例如安装轨上。为了固定在安装轨上，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以具有相应的紧固装置。备选地或附加地，数据总线用户设备7a、7b，...，7n也可具有例如可释放地连接的紧固装置，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可通过该固定装置固定在安装轨或另一容纳部上。为此，可释放地连接的紧固装置可以互换，并且用于期望的容纳部的相应的紧固装置可以与数据总线用户设备7a、7b，...，7n连接，以便可以将它们紧固在期望的容纳部上。

此外，在图1所示的实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n还具有处理单元12。该处理单元12可以是算术逻辑单元或可以用其处理数据的另一类型的计算装置。优选地，处理单元12是数据总线用户设备7a、7b，...，7n的集成组成部分，以便确保特别快速且时间同步的数据处理。

处理单元12也可以称为数据总线用户设备的整个电路。也就是说，处理设备12经由输入8和10接收数据，并且在输出9和11上输出数据。此外，处理设备12可以从输入和输出13和14接收或输出数据。此外，处理单元12可以访问数据总线用户设备7a、7b，...，7n的存储器(在这里未示出)，其中例如存储有数据、过程数据或指令列表。

处理单元12可以被配置为处理接收到的数据和输出数据。可以从上游数据总线用户设备或从数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输入13接收要处理的数据。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输入13可以连接到传感器15，传感器发送例如测量数据，状态数据等。可以将处理后的数据输出到下游数据总线用户设备或数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输出14。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输出14可以连接到执行器16，该执行器例如借助于指向它们的数据执行特定的动作。如果在上行方向上也进行数据处理，则数据也可以由下游数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收，并且可以将处理后的数据发送到上游数据总线用户设备7a、7b、7n。

为了简单起见，在这里示出的实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n被示出为仅具有一个输入13和一个输出14，并且仅数据总线用户设备7b被连接到传感器15和执行器16。然而，本领域技术人员已知的是，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以具有多个输入和输出13和14，并且可以连接到多个不同的传感器15和执行器16。在此，传感器15的特征在于，传感器15接收数据或信号并将数据或信号发送给数据总线用户设备7a、7b，...，7n，而执行器16从数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收数据或信号并且基于这些数据或信号执行动作。

备选地，接口8、9、10和11可以被集成在模块单元中，并且数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以被插入到该模块单元上。模块单元也可以称为环形总线6的基础元件。在此，环形总线基础设施由模块单元构成，并且数据总线用户设备7a、7b，...，7n可互换，因此环形总线6可以利用任何数据总线用户设备7a、7b，...，7n来构造。借助模块单元也可确保的是，即使移除数据总线用户设备7a、7b，...，7n，由于在其余模块单元上进行通信，因此剩余数据总线7a、7b，...，7n之间的通信也不会中断。

由于该实施例中所示的数据总线用户设备7a、7b，...，7n由于其能够与传感器15或执行器16连接的输入和输出13、14而也经常被称为E/A模块。即使在这里示出的示例性实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n被示为与传感器15或执行器16在空间上分离，因此传感器15或执行器16也可以集成在E/A模块中。

在此示出的实施例中示出的环形总线6基于循环帧通信。

在此，循环帧例如可以被定义为反复(循环)优选等距的时间间隔，在该时间间隔中可以在环形总线6上传输数据。循环帧具有例如至少一个起始标识符(SOC)和用于数据传输的时间范围。在此，彼此连续循环帧的多个起始标识符(SOC)有利地在彼此时间等距的距离中。所述时间范围被设置用于传输可以在循环帧内以数据包形式传输的数据。起始标识符(SOC)和数据包通过环形总线6传输并经过所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。有利的是，循环帧由环形总线6中的本地总线主机3初始化。起始标识符(SOC)是独立的，即可以作为独立符号被传输或有利地被包含在起始数据包(SOC包)中。

在循环帧的时间范围内，没有、一个或多个数据包被传输。有利地，空载数据(休眠数据)被插入到循环帧中，尤其是邻近至少一个数据包。有利地，数据包和/或空载数据的传输在环形总线6上引起不间断的信号。该信号允许数据总线用户设备7a、7b，...，7n与此信号时间同步。有利地，循环帧还具有尾部。尾部具有可变的长度，并且跟随用于数据传输的时间范围优选地直到下一个循环帧的下一个起始标识符(SOC)。有利地，尾部具有空载数据。每个数据包由本地总线主机3在下行方向上发送到环形总线6的第一数据总线用户设备7a。第一数据总线用户设备通过接口8接收数据包的第一部分。数据包的这一部分在下面也称为一块或一个单元。数据总线用户设备7a然后执行该部分的处理，然后将其通过接口9转发给下一个数据总线用户设备7b，优选第一数据总线用户设备7a接收同时接受数据包的第二部分，等等。在此，数据包的部分的大小，即数据包的细分在此取决于数据总线用户设备7a、7b，...，7n的容量，例如固定数量的位，例如数据包的8位能够同时存在于数据总线用户设备7a、7b，...，7n处，以进行处理。

相应地，数据包例如以8位的部分或符号逐单元地、逐块地或逐部分地通过数据总线用户设备7a、7b，...，7n。由最后的数据总线用户设备(在此处所示的示例性实施例中是数据总线用户设备7n)处理过的数据包的部分然后沿上行方向穿过环形总线6，这样所述部分从最后的数据总线用户设备7n开始再次向着本地总线主机3的方向通过所有的数据总线用户设备7a、7b，...，7n被向上发送。为此，最后的数据总线用户设备7n具有将接口9连接到接口10的可切换桥，或者将可切换的桥(这里未示出)连接到最后的数据总线用户设备7n，该桥接管将数据包的部分从接口9传送到接口10的功能。备选地，数据总线用户设备7n的接口10也可以借助于在此未示出的旁路线路直接连接到本地总线主机3的接口5b。

如在此所示的示例性实施例中那样，在上行方向上，一个数据包或多个数据包的单元可以由单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n循环回到本地总线主机3，而无需进行任何进一步的处理。但也能够考虑的是，再次在上行方向上对数据包的单元进行处理，因此数据包可以被处理两次，一次是在向着最后的数据总线用户设备7n的下行方向上，并且一次是在向着本地总线主机3的上行方向上。例如，在上行方向上，处理可以通过信号刷新和/或相移来进行。

当在下行方向(即远离本地总线主机3)或上行方向(即朝向本地总线主机3)上处理数据包时，通过指令列表完成处理，其中指令列表包括可以由数据总线用户设备7a、7b，...，7n的处理单元12执行的指令集。指令列表本身可以在初始化阶段由本地总线主机3发送到单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n，或者有利地在进行的通信中发送到数据总线用户设备7a、7b，...，7n，这样就可以在不中断通信的情况下进行数据总线用户设备7a、7b，...，7n的编程。

可以借助指令列表索引将数据总线用户设备7a、7b，...，7n使用哪个指令列表传送到数据总线用户设备7a、7b，...，7n。该指令列表索引通知数据总线用户设备要使用哪个存储的指令列表。因此，将指令列表索引分配给指令列表，反之亦然，从而可以在指令列表索引的帮助下识别要使用的指令列表。为此，指令列表索引优选具有分配给指令列表的值，例如，该值指示特定的指令列表或其存储位置。为此，该值本身可以是存储地址，在该存储地址中存储指令列表或在该存储地址中至少存储指令列表的第一指令。备选地或附加地，该值也可以指示在其中存储了相应的指令列表的存储区域。在上述情况下，也可以说的是直接分配。指令列表索引的值可以例如是，但也可用作转换表(查找表，LUT)的输入。在此，指令列表索引的值是转换表的输入值。转换表的输出值可以是相关指令列表中的第一指令的存储地址，或者标识指令列表。转换表可以在软件技术以及硬件技术上以例如逻辑的形式存储，并且说明从输入值到输出值的明确转换，其中输出值指示要使用的指令列表。在此，取决于转换表的是如何在指令列表索引和指令列表之间建立关联。在使用转换表时，也可以说的是间接分配。但是，在直接和间接分配的情况下，由数据总线用户设备带使用的指令列表可以通过指令列表索引明确地标识，即可以找到。可以在要处理的过程数据之前在数据包中插入指令列表索引，这样数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以根据数据包中的过程数据的顺序使用相应的指令列表。在此，指令列表在此具有指令，该指令适用于数据包中的过程数据的顺序。在此，指令列表针对没有指向数据总线用户设备7a、7b，...，7n的过程数据可以例如具有“SKIP”指令，即指令数据总线用户设备7a、7b，...，7n跳过数据包的相应部分，而指向数据总线用户设备7a、7b，...，7n的过程数据的指令列表可以具有用于处理过程数据的相应指令。由此可以将过程数据的处理与过程数据在数据包中的实际位置分离，因为数据总线用户设备借助于指令列表适应到在数据包中的过程数据的顺序。

为了在也可以称为现场总线的上级总线2和环形总线6之间的转换，在这里示出的实施例中使用本地总线主机3。在图2中示出了负责在本地总线主机3中转换的装置。

图2示出了布置在本地总线主机3中的根据本发明的装置的示例性实施例的框图。本地总线主机3通过接口4连接到现场总线2，并通过接口5连接到环形总线6。相应地，接口4也可以被称为现场总线接口，而接口5可以被称为本地总线接口。在此，为了处理通过这些接口接收的数据流或要传输的数据流，处理单元可以连接到接口4、5，在此，第一单元17(也可以称为现场总线核心(FBC))可以连接到现场总线接口4，并且在本地总线接口5处可以连接有第二单元19，该第二单元也可以称为本地总线核心(LBC)。

FBC 17和LBC 19经由并行总线连接到数据管理单元18。并行总线可以是32位并行总线，并且计算单元还可以连接到该并行总线上，例如微控制器，μC或处理器，并行总线可以控制FBC 17，数据管理单元18和LBC 19。

数据管理单元18适于以取决于顺序的方式，例如以不变的顺序，将第一符号从FBC17传输到LBC 19，因此第一符号可以通过本地总线接口5以被包含在至少一个数据包中的形式发送到环形总线6。在此，第一符号可以是经由现场总线2经由FBC 17上的接口4接收的过程数据。LBC 19可适于产生彼此连续的本地总线兼容的数据包，以在本地总线6上传输过程数据，并将从数据管理单元18接收的过程数据插入相应的数据包中。在此，可以保持过程数据的顺序，也就是说，过程数据在本地总线中的数据包中具有与经由FBC 17上的现场总线接口4接收过程数据的顺序相同的顺序。换句话说，经由现场总线接口4在FBC 17上接收现场总线2的现场总线电报，该现场总线电报具有第一符号形式的过程数据，该第一符号具有固定数量的位，例如8位，即1个字节。这些第一符号以第一顺序布置在现场总线电报中。数据管理单元18适于将过程数据从FBC 17复制到LBC19中。LBC 19适于产生本地总线6的数据包，其中过程数据的第一符号以第二顺序被包含在数据包中，并且其中符号的第一顺序和第二顺序协调一致。数据总线用户设备7a、7b，...，7n通过指令列表和指令列表索引被设定成评估数据包中的过程数据。为此，例如在数据包中的过程数据前面设置指令列表索引。相反，数据管理单元18适于以取决于顺序的方式从LBC 19传输第二符号，以例如将未改变地传输至FBC 17，这样就可以通过现场总线接口4将第二符号发送到现场总线2。在此，通过本地总线接口5从LBC 19上的本地总线6接收到第二符号。如果本地总线6是环形总线，则本地总线接口5分为两部分，即部分5a和5b，其中数据经过部分5a在下行方向上被发送到本地总线6上，并且经过部分5b在上行方向上被本地总线6接收。

在此处所示的实施例中，数据管理单元18还具有第一和第二主接口18a和18b。在此，第一主接口18a连接到FBC 17的从接口17a。也就是说，数据管理单元18和FBC 17处于主从关系，在这种情况下，控制从数据管理单元18开始。因此，数据管理单元18在由数据管理单元18指定的时间从FBC 17读取数据或将数据写入FBC 17。数据管理单元18的第二主接口18b连接到LBC 19的从接口19a。而且，数据管理单元18和LBC 19处于主从关系。也就是说，数据管理单元18尤其是在两个方向上控制在FBC 17和LBC 19之间的数据传输。

此外，在这里示出的实施例中，数据管理单元18和LBC 19通过另一条线路25连接，可以通过该另一条线路25在数据管理单元18和LBC 19之间交换与传送的符号有关的有效性信息。然后可以使用该有效性信息来延迟第一和第二符号在现场总线2或本地总线6上的发送。

有利地，单元之间的连接被设计为总线。在此，总线可以有利地是32位并行总线。备选地，该连接可以是允许各单元之间进行上述数据传输的任何其他连接。

图3a示出了在环形总线6的本地总线主机3中实现的根据本发明的装置的实施例的示意性框图。在此处所示的实施例中，本地总线主机3的第一接口4从现场总线2接收现场总线电报20。举例来说，该现场总线电报20包含10个字节，由方框表示，每个框代表1个字节，即8位。仅代表4个字节的四个黑框包含第一过程数据21。现场总线电报20的另外的6个字节是与现场总线2上使用的总线协议相对应的信息。但是，这些另外的6个字节不携带控制或调节过程所必需的过程数据21，这些附加信息仅是特定于总线的信息，例如寻址信息、校验和信息等。在此也将第一过程数据21标识为[1]，[2]，[3]和[4]，这表示它们的顺序。第一过程数据21被从现场总线电报20中由FBC 17选择并且例如存储在这里未示出的缓冲器中。该选择可以在于，FBC 17仅在缓冲器中传送过程数据21，而忽略现场总线电报20的其他字节。

在此处所示的实施例中，数据管理单元18具有第一数据传输单元22，该第一数据传输单元经由主从接口连接17a、18a从FBC 17的缓冲器中读取过程数据21，然后将过程数据21经由主从接口连接18b、19a写入LBC 19的此处未示出的缓冲器中。也就是说，第一数据传输单元22将过程数据21从FBC 17复制到LBC 19中。在此，复制可以根据指令进行，并且第一数据传输单元22可以适于将其他数据前置于和/或附加过程数据21和/或将其他数据插入过程数据21之间。备选地或附加地，LBC 19可以适于将其他数据前置于和/或附加过程数据21和/或将其他数据插入过程数据21之间和/或改变过程数据21。举例来说，其他数据能够由LBC 19用于将过程数据21转换为本地总线兼容格式，例如转换为可发送至本地总线6的数据包。在此处所示的实施例中，在过程数据21的前面分别设置符号，并且附加符号，以生成承载过程数据21的数据包24。技术人员知道的是，即使仅一个符号被前置于并且附加于过程数据21，也可以前置和/或附加任意数量的符号，并且这仅取决于在本地总线6上使用哪种数据包格式。第一数据传输单元22可以进一步适于在将过程数据21复制到LBC 19中之后向LBC 19通知过程数据21的有效性。在此，可以通过连接25传达有效性。仅当信令LBC19被复制的过程数据21有效时，LBC 19才可以将这些过程数据通过本地总线接口5a在下行方向上发送到本地总线6上。过程数据21的有效性在此例如通过CRC或有效位来确定。

本领域技术人员清楚的是，甚至在有效性指示之前，由LBC 19产生的数据包24的部分也可以被发送到本地总线6。特别地，如图1所示，如果数据包24的部分连续通过数据总线用户设备7a、7b，...，7n，即在任何给定时间，由本地总线主机3仅发送数据包24的一部分，该部分然后由单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n转发。在这种情况下，甚至在有效性指示之前，LBC 19也可以将数据包24的包含过程数据或其他信息的部分发送到本地总线6。因此，在这里示出的实施例中，LBC 19已经可以将所附的符号作为数据包24的第一部分发送到本地总线6。

因此，第一数据传输单元22将过程数据21从现场总线2复制到本地总线6。在此，在该复制过程中保持过程数据21的顺序[1]，[2]，[3]，[4]，也就是说，过程数据21的顺序在现场总线电报20和本地总线6的数据包24中是相同的。在此，过程数据21被总线中性地复制，也就是说，没有总线特定的被用来接收过程数据21的信息。因此，在这里示出的实施例中，不复制现场总线电报20的前置的两个符号和附加的四个符号。

图3b示出了在环形总线6的本地总线主机3中实现的根据本发明的装置的实施例的示意性框图。在此处所示的实施例中，本地总线主机3的第二接口5b接收数据包26。数据包26例如包含6个字节，由方框表示，每个框代表1个字节，即8位。仅代表4个字节的四个黑框包含第二过程数据27。数据包26的其他2个字节是与本地总线6上使用的总线协议相对应的信息。在此也将第二过程数据27标识为[1’]，[2’]，[3’]和[4’]，这表示它们的顺序。在此，第二过程数据27可以基于第一过程数据21(如图3a所示)，并且可以在过程数据21通过(即，过程数据的处理)本地总线6通过之后表示过程数据。过程数据27被从数据包26中由LBC 19选择，并且例如存储在例如此处未示出的缓冲器中。该选择可以在于，LBC 19仅在缓冲器中传送过程数据27，而忽略数据包26的其他字节。

在此处所示的实施例中，数据管理单元18具有第二数据传输单元23，该第一数据传输单元经由主从接口连接18b、19a从LBC 19的缓冲器中读取过程数据27，然后将过程数据27经由主从接口连接17a、18a写入FBC 17的缓冲器中。也就是说，第二数据传输单元23将过程数据27从LBC 19复制到FBC 17中。在此，可以根据指令进行复制，并且第二数据传输单元23可以适于将其他数据前置于和/或附加于过程数据27和/或插入在过程数据27之间和/或改变过程数据。备选地或附加地，FBC 17可以适于将其他数据前置于和/或附加于过程数据27和/或插入在过程数据27之间。例如，FBC 17可以使用其他数据将过程数据27转换为现场总线兼容的格式，例如现场总线2的现场总线电报28。在此处所示的实施例中，过程数据27前面有两个符号，并附加了四个符号，以生成承载过程数据27的现场总线电报28。技术人员知道的是，即使特别数量的符号前置于和附加于过程数据27，也可以是任意数量的符号，该数量仅取决于所使用的现场总线电报格式，该现场总线电报格式在现场总线2上使用。第二数据传输单元23还可以适于将过程数据27的仅一部分复制到FBC 17中并且仅在从LBC19接收到有效性指示时才通过连接25复制剩余的过程数据27。结果，第二数据传输单元23可以控制通过FBC 17发送现场总线电报28的时间，因为现场总线电报总是在现场总线电报28完全充满过程数据27时被直接发送。如果还不是这种情况，则不发送现场总线电报28。这允许第二数据传输单元23和FBC 17之间的控制，而为此无需另一连接。在此，借助CRC确定过程数据27的有效性。

在所描述的实施例中描述为独立的单元、模块或接口的根据本发明的装置的构件可以被实现为独立的硬件，或者可以被集成在同一半导体芯片上，并且其功能可以由逻辑门的硬件来实现。例如，单元、模块或接口可以在FPGA/ASIC上实现。

附图标记单

1 存储可编程控制部(SPS)

2 上级总线

3 本地总线主机

4 第一接口

5a，b 第二接口

6 环形总线

7a，b，n 数据总线用户设备

8 第一下行数据接口

9 第二下行数据接口

10 第一上行数据接口

n 第二上行数据接口

12 处理单元

13、14 输入/输出

15 传感器

16 执行器

17 第一单元(现场总线核心，FBC)

17a 第一单元的从接口

18 数据管理单元

18a，b 数据管理单元的第一和第二主接口

19 第二单元(本地总线核心，LBC)

19a 第二单元的从接口

20 所接收的现场总线电报

21 第一过程数据

22 第一数据传输单元(DTU₀)

23 第二数据传输单元(DTU₁)

24 数据包(下行方向)

25 与有效性指示的连接

26 数据包(上行方向)

27 第二过程数据

28 所发送的现场总线电报

Claims

1.一种用于将现场总线(2)与本地总线(6)耦合以与至少一个数据总线用户设备(7a、7b、7n)连接的装置(3)，其中本地总线(6)特别是环形总线，该装置(3)包括：

第一单元(17)，其能够连接到现场总线(2)，并适于通过现场总线(2)发送和接收数据；

第二单元(19)，其能够连接到本地总线(6)，并适于经由本地总线(6)在至少一个数据包(24、26)中发送和接收数据；

数据管理单元(18)，其连接到第一单元(17)和第二单元(19)，其中数据管理单元(18)适于以取决于顺序的方式将经由第一单元(17)接收的数据中的第一符号(21)传输到第二单元(19)中；并且其中第二单元(19)适于在本地总线(6)上发送包含第一符号(21)的至少一个数据包(24)。

2.根据权利要求1所述的装置(3)，其中，数据管理单元(18)适于将附加符号前置于和/或附加于第一符号(21)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，数据管理单元(18)适于缓存第一符号(21)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，第二单元(19)适于产生包括第一符号(21)的至少一个数据包(24)，并适于在本地总线(6)上发送所述至少一个数据包(24)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，第二单元(19)适于从本地总线(6)接收至少一个数据包(26)，其中，所述至少一个数据包(26)包含第二符号(27)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，第二单元(19)还适于操纵第一和/或第二符号(21、27)。

7.根据权利要求4所述的装置(3)，其中，所述至少一个数据包(24)的循环帧的循环时间适合于现场总线(2)的循环时间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，数据管理单元(18)具有与第一单元(17)的从接口(17a)连接的第一主接口(18a)，和/或其中，

数据管理单元(18)具有与第二单元(19)的从接口(19a)连接的第二主接口(18b)。

9.根据权利要求8所述的装置(3)，其中，数据管理单元(18)具有第一数据传输单元(22)，其中，第一数据传输单元(22)适于基于第一指令经由第一主接口(18a)从第一单元(17)的缓冲器中读取第一符号(21)并且经由第二主接口(18b)将第一符号写入第二单元(19)的缓冲器中。

10.根据权利要求9所述的装置(3)，其中，当给出所接收的第一符号(21)的有效性时，数据管理单元(18)适于通过第一数据传输单元(22)经由第二主接口(18b)将接收到的第一符号(21)发送至第二单元(19)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，数据管理单元(18)具有第二数据传输单元(23)，

其中第二数据传输单元(23)适于基于第二指令经由第二主接口(18b)从第二单元(19)的缓冲器中读取第二符号(27)并且经由第一主接口(18a)将该第二符号写入第一单元(17)的缓冲器中。

12.根据权利要求11所述的装置(3)，其中，当给出第二符号(27)的有效性时，数据管理单元(18)适于借助于第二数据传输单元(23)经由第一主接口(18a)将第二符号(27)写入第一单元(17)的缓冲器中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，还包括：

计算单元，适于控制第一单元(17)和/或数据管理单元(18)和/或第二单元(19)；和/或用于评估第一和第二符号(21、27)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中，第一单元(17)适于检查经由现场总线(2)接收到的数据的有效性，并且第二单元(19)适于检查经由本地总线(6)接收到的数据包的有效性。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，

其中，第一单元(17)适于通过现场总线(2)串行发送和接收数据；

其中，第二单元(19)适于通过本地总线(6)串行发送和接收数据；

其中，数据管理单元(18)通过并行总线连接到第一单元(17)；并且

其中，数据管理单元(18)通过并行总线连接到第二单元(19)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置(3)，

其中，第一单元(17)被构造为用于与现场总线(2)通信的第一逻辑电路；

其中，第二单元(19)被构造为用于与本地总线(6)通信的第二逻辑电路；并且

其中，第一逻辑电路和第二逻辑电路被设定成执行彼此独立的运算操作。

17.一种用于在现场总线(2)和本地总线(6)、特别是环形总线之间传输数据的方法，其中至少一个数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)连接到本地总线(6)，该方法包括：

在第一单元(17)上通过现场总线(2)接收数据，其中，所接收的数据包括第一符号(21)；

将第一符号(21)取决于顺序地传输到第二单元(19)中；并且

从包含第一符号(21)的第二单元(19)在本地总线(6)上发送至少一个数据包(24)。