CN111108450B - 用于耦合现场总线和本地总线的电路 - Google Patents

用于耦合现场总线和本地总线的电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于耦合现场总线(20)和本地总线(30)的电路(10)，所述电路：具有现场总线控制器(200)，所述现场总线控制器设计用于经由现场总线(20)发送和接收过程数据(P1)；具有本地总线控制器(300)，所述本地总线控制器设计用于经由本地总线(30)发送和接收过程数据(P1)；具有数据管理单元(100)，其中所述数据管理单元(100)与现场总线控制器(200)和本地总线控制器(300)连接，并且其中数据管理单元(100)设计用于在现场总线控制器(200)和本地总线控制器(300)之间传输过程数据(P1)；具有存储器区域(400)，其中存储器区域(400)与数据管理单元(100)连接，以复制和存储过程数据(P1)；并且具有处理器(500)，其中处理器(500)与数据管理单元(100)连接，并且其中处理器(500)与存储器区域(400)连接，其中处理器(500)设计成，调节数据管理单元(100)，以将过程数据(P1)复制到存储器区域(400)中，其中处理器(500)设计成，读取复制到存储器区域(400)中的过程数据(P1)。

Description

用于耦合现场总线和本地总线的电路
背景技术
现场总线是一种总线系统，所述总线系统在设施中为了通信而将现场设备、如探测器(传感器)和调节元件(执行器)与自动化设备连接。为了在上述现场设备之间通信，存在标准协议。在市场上建立具有不同特征的多种不同的现场总线系统。从1999年开始，现场总线以标准IEC 61158(Digital data communication for measurement and control–Fieldbus for use in industrial control systems，测量和控制的数字数据通信——工业控制系统的现场总线)标准化。当前这代现场总线技术基于实时以太网。已知的现场总线例如是以太网/IP、PROFIBUS、PROFINET或EtherCAT。
从WO 2009 124780A1中已知总线耦合器，所述总线耦合器将出自外部网络的网络专用的电报转换成内部数据电报，所述内部数据电报从网络专用的电报中仅传递有效数据。此外，内部数据电报包含至少一个用于内部控制信息的状态信息域。内部数据电报由总线耦合器传送到称作为内部总线系统的本地总线系统上，多个总线用户设备串联地连接到所述本地总线系统上。
从WO 2014/206680中已知一种用于运行总线耦合器、用于将输入/输出模块经由称作为子总线的本地总线连接到工业自动化系统的现场总线上的方法。在此，现场总线耦合器在正常运行模式中经由现场总线接收用于至少一个输入/输出模块的输出信道的输出值，并且将所述输出值经由子总线转发到输入/输出模块上。现场总线耦合器从输入/输出模块经由子总线接收输入值并且将所述输入值经由现场总线转发。
从DE 10 2010 020 446 A1中已知一种自动化设备，所述自动化设备具有：至少一个现场总线接口，所述现场总线接口用于连接到现场总线上并且将具有过程数据的数据包经由现场总线传递；和至少一个本地总线接口，所述本地总线接口用于连接到本地总线上并且在连接于本地总线的现场设备和自动化设备之间传递过程数据。设有机构，以将出自现场总线的数据包转换成用于本地总线的数据流，并且用于将从本地总线发出到自动化设备上的数据流转换成用于现场总线的数据包。
发明内容
本发明基于如下目的，提出一种用于耦合现场总线和本地总线的电路，所述电路是尽可能改进的。
提出一种用于耦合现场总线和本地总线的电路。电路具有现场总线控制器，所述现场总线控制器设计用于经由现场总线发送和接收过程数据。
电路具有本地总线控制器，所述本地总线控制器设计用于经由本地总线发送和接收过程数据。
电路具有数据管理单元。数据管理单元与现场总线控制器和本地总线控制器连接。数据管理单元设计用于在本地总线控制器和现场总线控制器之间传输过程数据。
电路具有存储器区域。存储器区域与数据管理单元连接，以复制和存储过程数据。
电路具有处理器。处理器与数据管理单元连接。处理器与存储器区域连接。处理器设计成，调节数据处理单元，以将过程数据复制到存储器区域中。处理器设计成，读取复制到存储器区域中的过程数据。
电路优选设置成电路载体上的电子电路和/或集成到一定数量的半导体芯片中。现场总线用于在自动化系统中进行通信。现场总线相对于本地总线是上级的/上游的。本地总线相对于现场总线是下级的/下游的。有利地，现场总线和本地总线的区别尤其在于所使用的协议。由于在该情况下现场总线和本地总线的不同的传递，电路优选设计成，将现场总线的现场总线电报转换成本地总线的本地总线数据包。根据本发明的一个有利的设计方案，本地总线接口具有专用的连接机械装置，例如呈金属接触件的形式。
在此，现场总线控制器是用于经由现场总线通信的电子子电路。现场总线控制器也能够称作为现场总线的核心(英语为core)。优选地，现场总线控制器设计成，在接收到现场总线电报之后从现场总线电报中提取过程数据。优选地，现场总线控制器设计成，为了发送而产生现场总线电报，并且将过程数据输入到现场总线电报中。相应地，现场总线控制器具有用于现场总线的接口。现场总线控制器为了经由现场总线通信优选是完全硬件控制的，即不具有用于通信的可自由编程的软件程序。现场总线控制器例如在集成电路中、尤其在专用集成电路ASIC(英语为Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(英语为Field Programmable Gata Array)中实现。
在此，本地总线控制器是用于经由本地总线通信的电子子电路。优选地，本地总线控制器设计成，在接收到本地总线数据包之后从本地总线数据包中提取过程数据。优选地，本地总线控制器设计成，为了发送而产生本地总线数据包并且将过程数据输入到本地总线数据包中。本地总线控制器也能够称作为本地总线的核心(英语为core)。本地总线控制器在此在至少一个本地总线控制器的意义上理解，使得电路能够具有刚好一个或多个本地总线控制器。本地总线控制器具有用于本地总线的接口。本地总线控制器为了经由本地总线通行优选是完全硬件控制的，即不具有用于通信的可自由编程的软件程序。本地总线控制器例如在集成电路中、尤其在专用集成电路ASIC(英语为Application SpecificIntegrated Circuit)或FPGA(英语为Field Programmable Gata Array)中实现。
电路的现场总线控制器尤其设计用于从现场总线电报的有效数据区域中获取过程数据。有效数据区域也称作为有效负载。现场总线控制器在此在至少一个现场总线控制器的意义上理解，使得电路能够具有刚好一个或多个现场总线控制器。接收到的过程数据优选分配给一个或多个本地总线用户设备。相应地，在本地总线用户设备上的接收到的过程数据经由本地总线转发。
过程数据是技术过程中的模拟值和数字值的数字表示。过程数据有利地从技术过程中借助于传感器获得和/或用于在技术过程中控制执行器。过程数据借助用于过程的总线系统的现场总线和本地总线传递。
数据管理单元在此是作为现场总线控制器和本地总线控制器之间的中间元件的电子子电路。相应地，数据管理单元具有电路内部的用于现场总线控制器和本地总线控制器的接口。数据管理单元为了传输过程数据优选完全是硬件控制的，即不具有用于传输的可自由编程的软件程序。在此将传输理解成，将过程数据由电路的一个部分(例如现场总线控制器)可控地、例如从其缓冲器置于电路的另一部分(例如本地总线控制器)、例如属于此的另一缓冲器中。数据管理单元例如在集成电路中，尤其在专用集成电路ASIC(英语为Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(英语为Field Programmable GataArray)中实现。在电路之内的连接能够通过固定的印制导线、通过芯片内部总线等来实现。例如，子电路、如现场总线控制器、本地总线控制器和数据管理单元相互间借助于32位的并行总线连接。
存储器区域例如是挥发性的或非挥发性的存储器。存储器区域有利地构成为多端口RAM或多重缓冲器。例如，存储器区域在集成电路中、尤其在专用集成电路ASIC(英语为Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(英语为Field Programmable GataArray)中实现。
在此将复制理解成，由过程数据产生优选理想的复制，使得在复制之后，双重地存在过程数据。过程数据那么例如在本地总线控制器中并且同时在存储器区域中存在。原始过程数据和复制的过程数据能够分开地并且彼此独立地转发。复制的过程数据能够为了存储而永久地或暂时地存储。
电路的处理器是任意类型的计算单元，所述计算单元设计和构成用于执行在程序存储器中存储的、可自由编程的软件程序。处理器例如构成为CPU或μC。通过处理器调节过程数据的复制优选包括设置控制数据和/或控制参数。为了调节，通过处理器配置数据管理单元也是可能的。例如，处理器调节数据管理单元，这通过如下方式实现，即设定在属于数据管理单元的存储器中的位的数量。通过处理器从存储器区域中读出过程数据例如通过如下方式进行：处理器输出读取指令和存储器区域的所属的地址或者操控开关矩阵等。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元设计成，在运行期间与处理器的程序运行无关地执行在现场总线控制器和本地总线控制器之间的过程数据的传输。如果电路无干扰地工作，那么在运行期间能够同时地并且彼此独立地使用数据管理单元的和处理器的资源。因此，处理器不忙于过程数据的传输，而是为其他任务空闲。在运行之外，能够控制调试模式，这通过如下方式实现：处理器经由数据管理单元承担控制。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元具有用于控制传输的状态机。状态机也能够称作为自动机或状态机器。自动机的基本性能始终是相同的：为自动机从外部输送作为一列符号的输入。自动机处于特定状态中。每次当输入符号进入时，能够与输入符号和当前状态无关地出现新的状态，即后续状态(状态过渡或转变)。可能的状态过渡的数量限定自动机的性能。优选自动机是确定性的。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元具有指令列表，所述指令列表具有用于控制传输的指令。将指令输入到状态机中，使得状态机执行传输的各个步骤。指令列表优选地限定指令以何种顺序输入到状态机上。
根据一个有利的改进方案，指令列表此外具有用于对复制进行控制的控制数据。控制数据例如是各指令的控制位的数量。在最简单的情况下，属于每个指令的是作为控制数据的控制位。通过控制位，能够简单地接通和关断复制。替选地，具有更多位的更复杂的控制是可能的。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元设计成，至少部分地同时执行传输和复制。至少部分同时地在此表示，传输的持续时间和复制的持续时间重叠，优选大部分重叠。时间偏差例如能够通过如下方式造成：复制比传输晚几个时钟脉冲开始。有利地，数据管理单元设计成，以时钟脉冲控制的方式执行传输和复制。在此，数据管理单元有利地设计成，在同一时钟脉冲中也复制在一个时钟脉冲中传输的每个位或数据标记。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元具有控制输出端。数据管理单元设计成，通过控制输出端处的使能信号控制复制。优选地，使能信号基于指令列表中的控制数据。例如当控制数据的控制位同样是逻辑高时，使能信号是逻辑高的。替选地，使能信号也能够通过计算从控制数据中产生。
根据一个有利的改进方案，处理器设计成，调节控制数据，以便复制传输的过程数据并且在传输时不复制其他过程数据。通过调节复制或不复制的可能性，能够将过程数据窗口化，所述过程数据应复制到存储器区域中。其他的过程数据与此相应地不提供给处理器。由此，能够显著降低要存储的过程数据量。
根据一个有利的改进方案，处理器设计成，对从存储器区域中读出的过程数据进行评估。为了评估，处理器有利地设计成，将过程数据研究和/或进一步地处理和/或经由显示器显示和/或例如经由现场总线或本地总线或经由服务接口提供给外部的数据处理单元(例如PC)。
根据一个有利的改进方案，处理器设计成，将询问信号输出给数据管理单元。借助于询问信号，处理器能够从数据管理单元要求下一传输的新的过程数据。优选地，数据管理单元设计成，基于询问信号对将过程数据复制到存储器区域中进行控制。替选地可能的是，数据管理单元在每次传输时也复制过程数据。
根据一个有利的改进方案，数据管理单元设计成，在复制之后将操作信号输出给处理器。操作信号在此优选在如下情况下产生：传输的完整性通过数据管理单元确定和/或传输的数据被确定成有效的并且因此不包含错误。优选地，处理器设计成，基于操作信号从存储器区域中读出存储的过程数据。优选在通过处理器接收到操作信号之后的任意的时间段之内进行读出。
根据一个有利的改进方案，处理器设计成，从存储器区域中与循环异步地读出过程数据。循环例如是用于经由现场总线接收现场总线电报中的过程数据的循环，和/或用于传输过程数据的循环，和/或优选用于在本地总线上发送具有过程数据的数据包的循环。异步在此限定为，所述读出不耦合于循环的时刻、例如传输的开始时刻，而是能够在传输之后的任意时间进行。
根据一个有利的改进方案，电路为了复制过程数据具有数据支路。在此数据管理单元经由第一数据支路与本地总线控制器和存储器区域连接。替选地或组合地，数据管理单元经由第二数据支路与现场总线控制器和存储器区域连接。
所述目的此外通过一种用于运行用于耦合现场总线和本地总线的电路的方法来实现。
在该方法中，在循环帧中将具有过程数据的数据包从电路的本地总线控制器周期性地发送给本地总线。
在该方法中，将借助数据包发送的过程数据事先通过电路的现场总线控制器在现场总线电报中接收。
在该方法中，将过程数据从现场总线控制器借助于数据管理单元传输至本地总线控制器。
在该方法中，将过程数据通过数据管理单元复制到存储器区域中并且在存储器区域中存储。
在该方法中，将在存储器区域中存储的过程数据通过处理器、尤其与循环帧异步地读出。
所述目的此外通过一种运行用于耦合现场总线和本地总线的电路的方法来实现。
在该方法中，基于循环帧，将具有过程数据的数据包由电路的本地总线控制器周期性地接收到本地总线上。
在该方法中，将借助数据包接收的过程数据通过电路的现场总线控制器在现场总线电报中发送。
在该方法中，将过程数据从本地总线控制器借助于数据管理单元传输至现场总线控制器。
在该方法中，将过程数据通过数据管理单元复制到存储器区域中并且在存储器区域中存储。
在该方法中，将在存储器区域中存储的过程数据通过处理器、尤其与循环帧异步地读出。
附图说明
本发明的主题不限制于上文阐述的改进方案。因此，阐述的特征或子特征也以其他组合方式组合。本发明的可能的设计方案在附图说明中阐述。
在此：
图1示出本发明的一个实施例的电路作为自动化系统中的方框图的示意图；
图2示出本发明的一个实施例的电路的示意图；
图3示出本发明的一个实施例的电路的示意图；
图4示出根据图3的电路的示意图表。
具体实施方式
图1作为方框图示出电路10。电路10是具有现场总线20和本地总线30和本地总线用户设备41、42、43、44的自动化系统的组成部分。此外，示意地示出现场总线电报21，所述现场总线电报可经由现场总线20传输，并且示意地示出本地总线包31，所述本地总线包可经由本地总线30传输。现场总线20也能够称作为上级总线并且本地总线30称作为下级总线。
电路10在图1的实施例中连接于现场总线20。此外，其他用户设备和必要时的总站连接于现场总线20(在图1中未示出)。电路10同样连接于本地总线30。在图1的实施例中，电路10设计成本地总线30中的主设备。另外的本地总线用户设备41、42、43、44相反地设计成从设备。
电路10有利地这样构成为本地总线30的主设备，使得由主设备10发送的数据包31通过全部与本地总线30连接的从设备41、42、43、44传递并且向回传递到主设备10上。在此，从设备42从其上游的从设备41始终仅接收数据包31的一部分。在能够由从设备41处理在该部分中包含的数据的时间段之后，将该部分转发给下游的从设备42并且同时由主设备10接收数据包31的新的部分。以所述方式，数据包31的全部部分按顺序经过全部从设备41、42、43、44。本地总线30有利地以环形结构构成。这种本地总线也能够称作为环形总线。本地总线替选地也能够束状地或星形地或由上述形状的组合或混合形状构成。发送和接收数据包31在此经由主设备10的本地总线接口实现。在附图的在此示出的实施例中，本地总线30具有上行和下行连接，所述上行和下行连接通过双箭头示意地示出。
在图1的实施例中，本地总线30的总线连接借助于线缆或电路板来实现，以便直接地或间接地借助于电接触部接触。替选地，无线的、光学的连接或无线电连接是可能的。在图1的实施例中，具有电路10和从设备41、42、43、44的主设备壳体(未示出)具有用于本地总线30的电接触部(未示出)。为了壳体和从设备41、42、43、44的简单的排列，其也能够在共同的容纳部上、例如安装轨上设置。
为了简单的检测，在图1的实施例中，从设备41、42、43、44非常简化地示出并且例如能够具有模拟的或数字的输入端和/或模拟的或数字的输出端(未示出)，以便能够连接用于过程控制的传感器或执行器。从设备41、42、43、44能够模块化地构造，使得在运行期间，从设备41从总线系统中取出或添加。环形总线基础结构在此通过模块单元构造并且从设备41、42、43、44可更换，使得环形总线30能够以任意的从设备类型和期望数量的从设备41、42、43、44构造。模块通常也称作为I/O模块。
电路10构成和设计用于耦合现场总线20和本地总线30。电路10因此也能够称作为总线耦合器。电路10具有现场总线控制器200。现场总线控制器200设计用于经由现场总线20发送和接收过程数据P1。在图1的实施例中，在现场总线电报21中包含过程数据P1。此外示出其他过程数据P2，以及现场总线头部FH和现场总线尾部FT。根据所使用的现场总线类型，现场总线电报的构造能够是不同的。在任何情况下，现场总线电报具有所谓的过程数据P1。现场总线控制器200匹配于现场总线电报的结构。在图1的实施例中，现场总线控制器200设计成，接收具有现场总线电报21的过程数据P1，并且将过程数据P1从接收到的现场总线电报21中提取。此外，在图1的实施例中，现场总线控制器200设计成，产生现场总线电报21，并且将过程数据P1和其他过程数据P2输入到现场总线电报中。关于过程数据P1和其他过程数据P2，图1是简化图。在图1中，过程数据P1和其他过程数据P2分别连续地构成。然而，过程数据P1能够分成多个部段。
电路10具有本地总线控制器300。本地总线控制器300设计用于经由本地总线30发送和接收在数据包中的过程数据P1。在图1的实施例中，过程数据P1包含在数据包31中。此外示出其他数据包P2，以及本地总线头部LH和本地总线尾部LT。根据所使用的本地总线类型，数据包31的构造能够是不同的。现场总线电报21和本地总线数据包31的结构通常也能够是不同的。优选地，本地总线数据包31比现场总线电报21更短。
在任何情况下，数据包31具有所谓的过程数据P1。本地总线控制器300匹配于数据包31的结构。在图1的实施例中，本地总线控制器300设计成，产生数据包31并且将过程数据P1输入到数据包31中。过程数据P1借助数据包31发送到本地总线30上。相反地，将接收到的过程数据P1从接收到的数据包31中提取。
为了过程数据P1从现场总线电报21到达本地总线数据包31或者从本地总线数据包31到达现场总线电报21，所述过程数据P1通过电路10传输。
电路10具有数据管理单元100。数据管理单元100与现场总线控制器200和本地总线控制器300连接以传递数据。数据管理单元100设计用于在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间传输过程数据P1。在此，如在图1中通过双箭头示意示出的那样，过程数据P1从现场总线控制器200经由数据管理单元100传输至本地总线控制器300或者从本地总线控制器300经由数据管理单元100传输至现场总线控制器200。
数据管理单元100此外设计成，将过程数据P1复制到存储器区域400中。如果过程数据P1分成多个部段，那么数据管理单元100设计成，将过程数据P1从部段中复制，并且有利地在存储器区域400中聚集。在图1的实施例中，数据管理单元100设计成，至少部分地同时执行传输和复制。复制在此如传输那样同样硬件控制地进行，使得在运行进行期间，过程数据P1的复制与处理器500的软件程序无关地进行。
在图1的实施例中的电路10的高性能的过程数据系统中，有利的是，借助于硬件并且不通过处理器的软件执行数据传输。处理器500在图1中同样示出。图1的实施例的处理器500例如构成为主处理器。在此变得清楚的是，处理器500不在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间执行过程数据P1的传输。借助于硬件的数据传输使数据传输是可复现的和确定性的。软件在这种系统中当前需要用于配置和错误处理。在图1的实施例中，数据管理单元100设计成，在运行进行期间，在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间的过程数据P1的传输与处理器500的程序运行无关地执行。相反地，在运行进行之外，尤其调试中，处理器500例如为了错误分析直接作用于过程数据P1的传输。图1示出，在运行进行中，将过程数据P1为了传输绕过处理器500传输。为了处理器500在运行进行中虽然存在过程数据P1的硬件传输然而仍具有观察或录制过程数据P1的可能性，设有存储器区域400。
电路10的存储器区域400与数据处理单元100为了复制和存储过程数据P1连接。为了为处理器500提供得到过程数据P1的可能性，处理器500设计成，访问过程数据P1的复制。此外，处理器500与数据处理单元100连接。在此，处理器500在图1的实施例中设计成，至少为了将过程数据P1复制到存储器区域400中调节数据处理单元100。此外，处理器500能够设计成，执行数据管理单元100的其他调节。尤其地，处理器500设计成，将数据管理单元100配置用于在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间传输过程数据P1。
此外，在图1的实施例中，处理器500与存储器区域400连接。连接在图1中简化地示出。至少处理器500设计成，读出复制到存储器区域400中的过程数据P1。图1的实施例中的存储器区域400例如构成为多端口RAM。在此，例如经由询问/确认握手进行与处理器500的通信，以便读出过程数据P1。替选地，存储器区域400构成为三倍缓冲器或者FIFO缓冲器。
在图1的设计方案中，处理器500设计成，对从存储器区域400中读出的过程数据P1进行评估。为了评估，处理器500例如设计成，将复制的过程数据P1研究和/或继续处理和/或经由连接提供给电路10的外部数据处理单元(未示出)。例如，处理器500能够整理复制的过程数据P1用于评估并且在显示器上作为文本或项以图形的方式示出。
在图1的实施例中，除了传输的和复制的过程数据P1之外，示意地示出其他过程数据P2，所述其他过程数据虽然在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间传输，然而不复制到存储器区域400中。优选地，数据管理单元100设计成，将要复制的过程数据P1从总过程数据中滤出。优选地，数据管理单元100设计成，通过从总过程数据的窗口化来确定要复制的过程数据P1。不同于图1，也能够不存在其他过程数据P2，使得将全部过程数据P1传输以及复制。
图1中的示出的自动化设施仅是示例性的并且全部属于自动化设施的元件、模块、构件、主设备、从设备、用户设备和单元能够与图1不同地构成，但是尽管如此仍满足在此描述的基本功能性。
在图2中示意地示出用于耦合现场总线和本地总线的电路10的一个实施例。该实施例示出电路10，所述电路具有用于经由现场总线发送和接收过程数据P1的现场总线控制器200(在图2中未示出)和用于经由本地总线发送和接收过程数据P1的本地总线控制器300(在图2中未示出)。在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间连接有数据处理单元100，用于在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间传输过程数据P1。电路10具有存储器区域400，所述存储器区域具有两个子区域，所述子区域与数据管理单元100连接，以复制和存储过程数据P1。电路具有处理器500，所述处理器与数据管理单元100连接以调节过程数据P1的调节，并且与存储器区域400连接以读出复制的过程数据P1。
图2示出电路10作为方框图的示意图。在此，为了简化，一些数据线路用D表示并且一些地址线路用A表示。为了在图2的实施例中为处理器500提供得到过程数据P1、P3的可能性，数据管理单元100具有第一数据传输单元110和第二数据传输单元120，其中第一数据传输单元110与存储器区域400的第一子区域相关联，并且第二数据传输单元120与第二子区域相关联。通过彼此分离的地址线路A1，第一数据传输单元110仅写入到第一子区域中，并且第二数据传输单元120仅写入到第二子区域中。通过子区域中的所述分离和分离的地址线路，第一数据传输单元110和第二数据传输单元120能够彼此独立地、尤其也同时地写入到存储器区域400中。在图2的实施例中，存储器区域400也能够称作为过程数据镜像存储器。从处理器500的角度，在图2的实施例中存储器区域400的第一子区域和第二子区域也形成地址空间。
处理器500设计成，借助于事先配置第一数据传输单元110和/或第二数据传输单元确定，哪个过程数据P1、P3保存在存储器区域400中。为了控制在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间的数据传输，数据管理单元100具有状态机115、125。在图2的实施例中，数据管理单元100的第一数据传输单元110具有第一状态机115，并且第二数据传输单元120具有第二状态机125。状态机115、125也能够称作为状态自动机。状态机115、125在此通过硬件形成，所述硬件与软件无关地执行过程数据P1、P3的传输。在图2的实施例中，状态机115、125可通过处理器500调节。为了调节，状态机115、125通过处理器500优选地可编程或可配置。
有利地，数据管理单元100具有指令列表IL1、IL2，所述指令列表具有用于控制传输的指令IS1、IS2。在图2的实施例中，第一数据传输单元110与第一指令列表IL1相关联。相应地，第二数据传输单元120与第二指令列表IL2相关联。第一指令列表IL1在此具有可由处理器500调节的用于控制第一数据传输单元110的指令IS1。第二指令列表IL2相应地具有可由处理器500调节的用于控制第二数据传输单元120的指令IS2。
在图2的实施例中，数据管理单元100具有主设备接口131、132、133、134，所述主设备接口与现场总线控制器200的从设备接口230、240并且与本地总线控制器300的从设备接口330、340经由数据线路D、地址线路A和控制线路RD、WR1、WR2、WR1’、WR2’连接。通过开始信号经由控制线路St1初始化，主设备接口131经由控制线路RD和从设备接口230例如控制具有过程数据P1和另外的过程数据P2的现场总线控制器200的缓冲器210的读出。读出例如经由地址线路A以符号的方式进行，其中每个符号具有例如32位、16位或8位的固定的位宽。例如，主设备接口132经由控制线路WR和从设备接口330控制到具有控制数据P1和其他控制数据P2的本地总线控制器300的缓冲器310中的输入。输入相应地经由地址线路A又以符号的方式进行。也以其他方向示出传输。通过开始信号经由控制线路St2初始化，主设备接口134经由控制线路RD和从设备接口340控制具有过程数据P3和其他过程数据P3的本地总线控制器300的缓冲器320的读出。例如，主设备接口133经由控制线路WR和从设备接口240控制到具有过程数据P3和其他过程数据P4的现场总线控制器200的缓冲器220中的输入。输入相应地经由地址线路A再次以符号的方式进行。
在图2的实施例中，第一数据传输单元110设计成，基于第一指令列表IL1的指令IS1，将过程数据P1从现场总线控制器200传输至本地总线控制器300。第二数据传输单元120设计成，基于第二指令列表IL2的指令IS2，将过程数据P3从本地总线控制器300传输至现场总线控制器200。
优选地，指令列表IL1、IL2具有用于控制复制的控制数据SD1、SD2。在图2的实施例中，每个指令列表IL1、IL2具有单独的控制数据SD1、SD2。数据管理单元100具有控制输出端112、122并且设计成，通过控制输出端112、122处的使能信号EN1、EN2控制复制。在图2的实施例中，在第一数据传输单元110的第一指令列表IL1中包含二进制的控制数据SD1。二进制数据SD1通过处理器500可调节，使得过程数据P1传输并且复制到存储器区域400中，而另外的过程数据P2尽管传输然而不复制到存储器区域400中。数据管理单元100的第一数据传输单元110设计成，基于二进制的控制数据SD1，在控制输出端112处产生第一使能信号EN1。电路10具有逻辑与关系610，例如呈与门的形式，其中第一使能信号EN1与控制线路WR1上的控制信号加和并且在第一控制线路WR1’上朝向存储器区域400输出控制信号，使得控制过程数据P1在存储器区域400中的存储。
在图2的实施例中，在第二数据传输单元120的第二指令列表IL2中包含二进制的控制数据SD2。二进制的控制数据SD2可通过处理器500调节，使得过程数据P3传输并且复制到存储器区域400中，而其他过程数据P4虽然传输，然而不复制到存储器区域400中。数据管理单元100的第二数据传输单元120设计成，基于二进制的控制数据SD2在控制输出端122处产生第二使能信号EN2。电路10具有逻辑与关系620，例如呈与门的形式，其中第二使能信号EN2与控制信号在控制线路WR2上加和并且在第二控制线路WR2’上向存储器区域400发出控制信号，使得控制过程数据P3在存储器区域400中的存储。
优选地，处理器500设计成，将询问信号REQ1、REQ2输出给数据管理单元100，并且数据管理单元100设计成，基于询问信号REQ1、REQ2控制过程数据P1到存储器区域400中的复制。在图2的实施例中，处理器500与第一数据传输单元110和第二数据传输单元120连接。借助于第一询问信号REQ1，处理器500通过第一数据传输单元110操控复制过程。经由现场总线接收的过程数据P1通过第一数据传输单元110传输并且复制到存储器区域400中。数据管理单元100的第一数据传输单元110设计成，在复制之后将第一操作信号ACK1输出给处理器500。处理器500设计成，基于第一操作信号ACK1，从存储器区域400中读出存储的过程数据P1。借助于第二询问信号REQ2，处理器500通过第二数据传输单元120操控复制过程。经由本地总线接收的过程数据P3通过第二数据传输单元120传输并且复制到存储器区域400中。数据管理单元100的第二数据传输单元120设计成，在复制之后将第二操作信号ACK2输出给处理器500。处理器500设计成，基于第二操作信号ACK2从存储器区域400中读出存储的过程数据P3。
通过图2的实施例实现多个优点。
首先，数据管理单元100与处理器500无关地处理过程数据P1、P2、P3、P4的传输。因此，不需要处理器500用于传输的计算功率。相应地，处理器500不会造成传输的延时，使延迟时间最小化。由于数据管理单元100的硬件控制，过程数据P1、P2、P3、P4的传输是完全确定性的，即软件以及外部事件、如中断事件都不会对传输产生影响。另一优点是，与通信并行地，借助于传输通过处理器500处理软件程序。协同的优点是，在处理器500的软件程序中能够事先处理传输的过程数据P1、P3。在图2的实施例中，在此实现如下优点，通过控制数据SD1、SD2，能够将复制的过程数据P1、P3窗口化/过滤，使得需要更小的存储器区域400。尽管如此，能够将全部需要的过程数据P1、P3提供给处理器500。
在图3中作为方框图示意地示出简单的实施例。图3同样地示出用于耦合现场总线(未示出)和本地总线(未示出)的电路10。电路10具有现场总线控制器200、本地总线控制器300和数据管理单元100。数据管理单元100与现场总线控制器200和本地总线控制器300连接。数据管理单元100设计用于在现场总线控制器200和本地总线控制器300之间传输过程数据P1。电路10具有存储器区域400，其中存储器区域400与数据管理单元100连接，以复制和存储过程数据P1。此外，电路10具有处理器500，用于执行软件程序。处理器500与数据管理单元100和存储器区域400连接。处理器500设计成，调节数据管理单元100，以将过程数据P1复制到存储器区域40中，并且读出复制到存储器区域400中的过程数据P1。对此，处理器500将读出命令RD5发送给存储器区域400。
在图3的实施例中，电路10为了复制过程数据P1具有数据支路143。所述数据支路143以Y连接的形式构造。在此，数据线路D在数据管理单元100的输出端处不仅与本地总线控制器300、而且也与存储器区域400连接。连接例如能够具有32位的宽度，使得为每位在数据支路143中设有分支。由此，数据管理单元100经由数据支路143与本地总线控制器300和存储器区域400连接。相应地，数据管理单元100能够经由另外的数据支路与现场总线控制器200和存储器区域400连接(在图3中未示出)。图3的实施例中的电路100此外具有与关系610，例如呈与门的形式。在控制线路WR1上的写入控制信号相应地与使能线路上的使能信号EN1借助于与关系关联。控制线路WR1上的写入控制信号在传输过程数据P1时由数据管理单元100输出给本地总线控制器300。在此，同时在存储器区域400上经由与关系610和连接的控制线路WR1’在如下情况下输出写入控制信号：使能线路上的使能信号允许所述内容，相应地在图3的实施例中具有高电势。将地址信号经由地址线路A从数据管理单元100输出给本地总线控制器300。将另一地址信号经由另一地址线路A从数据管理单元100输出给存储器区域400。将两个地址信号有利地同时输出。例如可能的是，将不同的地址通过偏置产生到地址信号上(在图3中未示出)。在另外的、在图3中未示出的实施例中，通过如下方式取消用于本地总线控制器300的地址线路A：将数据P1、P2经由数据线路D例如始终在FIFO的同一地址写入。
例如通过图3的实施例的电路3，能够执行本发明的一个实施例的方法进程，对此在图4中示出示意时间图表。对此，图3的电路10的处理器500设计成，从存储器区域400中与周期异步地读出过程数据P1。周期例如是用于经由根据图1的现场总线20接收现场总线电报21中的过程数据P1。替选地，周期是用于通过数据管理单元传输过程数据P1的周期。优选地，周期是用于在根据图1的现场总线30上发送具有过程数据P1的数据包31的周期。
图4的实施例示出用于在本地总线30上发送数据包31的周期的循环帧CF，如在图1中示出的。循环帧CF通过循环帧包SOF限定，所述循环帧包以基本上恒定的时间间隔发送到本地总线30上。在两个循环帧包SOF之间，具有过程数据P1、P2的数据包31能够经由本地总线30传递。相应地，在实施例中在循环帧CF中将具有过程数据P1的数据包31从电路10的本地总线控制器300周期性地发送到本地总线31上。在发送过程数据P1之前，将过程数据P1通过电路10的现场总线控制器200在现场总线电报21中接收。
将过程数据P1从现场总线控制器200借助于数据管理单元100传输至本地总线控制器300。数据传输DT1在图4中针对总过程数据P1、P2作为示意信号示出。在图4的实施例中，处理器500将请求信号REQ1发送到数据管理单元100上。将过程数据P1通过数据管理单元100复制到存储器区域400中并且在存储器区域400中存储。在此，将过程数据P1通过使能信号EN1窗口化，将其他的过程数据P2仅传输，然而不在存储器区域400中存储。在存储器区域400中完全存储过程数据P1之后，数据管理单元100将操作信号ACK1发送给处理器500，从而发出信令：能够读出存储的过程数据P1。将在存储器区域400中存储的过程数据P1在图4的实施例中通过处理器500与循环帧CF异步地读出。对此，处理器500在操作信号ACK1之后的任意中间时刻将读出信号RD5发送给存储器区域400，如在图4的图表中示意地示出的那样。信号边沿的相关性在图4中通过虚线示意地示出。
在根据图1的另一实施例中，在从本地总线控制器300传输至现场总线控制器200时进行复制过程。在此，基于循环帧CF，将具有过程数据P1的数据包31从电路10的本地总线控制器300周期性地接收到本地总线30上。在本地总线上周期性地接收数据包尤其能够在如下情况下进行：全部用户设备以恒定的时间间隔转发数据包。借助数据包31接收的过程数据P1通过电路10的现场总线控制器200在现场总线电报21中发送。如果在本地总线30上由本地总线控制器300接收数据包31，那么将过程数据P1由本地总线控制器300借助于数据管理单元100传输至现场总线控制器200。将过程数据P1同时通过数据管理单元100复制到存储器区域400中，并且在存储器区域400中存储。在随后的、通过存储器500确定的时刻中，将在存储器区域400中存储的过程数据P1通过处理器500读出。
附图标记列表：
10 电路
20 现场总线，上级总线
21 现场总线电报
30 本地总线，下级总线
31 数据包
41，42，43，44本地总线用户设备
100数据管理单元
110，120数据传输单元
112，122控制输出端
115，125状态机，自动机
131，132，133，134主设备接口
143数据支路
200现场总线控制器
210，220缓冲器
230，240从设备接口
300本地总线控制器
310，320缓冲器
330，340从设备接口
400 存储器区域
500 处理器
610，620逻辑关系，门
A地址线路
ACK1，ACK2操作线路，操作信号
CF 循环帧
D 数据线路
DT1 数据传输
EN1，EN2使能线路，使能信号
FH 现场总线头部
LH 本地总线头部
FT 现场总线尾部
LT 本地总线尾部
IL1，IL2指令列表
IS1，IS2指令
P1，P3过程数据
P2，P4其他过程数据
REQ1，REQ2询问线路，询问信号
RD5读出线路，读出信号
SD1，SD2控制数据
SOF循环帧包
St1，St2，RD，WR，WR1，WR2，WR1’，WR2’控制线路，控制信号

Claims (15)

1.一种电路（10），其用于耦合现场总线（20）和本地总线（30），所述电路
- 具有现场总线控制器（200），所述现场总线控制器设计用于经由所述现场总线（20）发送和接收过程数据（P1），
- 具有本地总线控制器（300），所述本地总线控制器设计用于经由所述本地总线（30）发送和接收所述过程数据（P1），
- 具有数据管理单元（100），其中，所述数据管理单元（100）与所述现场总线控制器（200）和所述本地总线控制器（300）连接，并且其中，所述数据管理单元（100）设计用于在所述现场总线控制器（200）和所述本地总线控制器（300）之间传输所述过程数据（P1），
- 具有存储器区域（400），其中，所述存储器区域（400）与所述数据管理单元（100）连接，以用于复制和存储所述过程数据（P1），并且
- 具有处理器（500），其中，所述处理器（500）与所述数据管理单元（100）连接，并且其中，所述处理器（500）与所述存储器区域（400）连接，
其中，所述处理器（500）设计成，调节所述数据管理单元（100），以便将所述过程数据（P1）复制到所述存储器区域（400）中，
其中，所述处理器（500）设计成，读取复制到所述存储器区域（400）中的所述过程数据（P1）并对从所述存储器区域（400）中读取的所述过程数据（P1）进行评估，
其中，过程数据的传输和复制均硬件控制地进行，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，在运行期间，与所述处理器（500）的程序运行无关地执行所述过程数据（P1）在所述现场总线控制器（200）和本地总线控制器（300）之间的传输。
2.根据权利要求1所述的电路，
其中，所述数据管理单元（100）具有状态机（115，125），用于控制所述传输。
3.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述数据管理单元（100）具有指令列表（IL1，IL2），所述指令列表具有用于控制所述传输的指令（IS1，IS2）。
4.根据权利要求3所述的电路，
其中，所述指令列表（IL1，IL2）具有用于控制所述复制的控制数据（SD1，SD2）。
5.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，至少部分同时地执行所述传输和所述复制。
6.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述数据管理单元（100）具有控制输出端（112，122）并且设计用于，通过在所述控制输出端（112，122）处的使能信号（EN1，EN2）来控制所述复制。
7.根据权利要求4所述的电路，
其中，所述处理器（500）设计成，所述控制数据（SD1，SD2）能够借助于所述处理器（500）调节，以便复制经传输的所述过程数据（P1）并且不复制传输中的其他过程数据（P2）。
8.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述处理器（500）设计成，将询问信号（REQ1，REQ2）输出到所述数据管理单元（100）上，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，基于所述询问信号（REQ1，REQ2）对将所述过程数据（P1）复制到所述存储器区域（400）中进行控制。
9.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，在所述复制之后，将操作信号（ACK1，ACK2）输出到所述处理器（500）上，
其中，所述处理器（500）设计成，基于所述操作信号（ACK1，ACK2）从所述存储器区域（400）中读取存储的所述过程数据（P1）。
10.根据权利要求1或2所述的电路，
其中，所述处理器（500）设计成，从所述存储器区域（400）中与如下周期异步地读取所述过程数据（P1）：
- 用于在现场总线电报（21）中经由所述现场总线（20）接收所述过程数据（P1）的周期，和/或
- 用于传输所述过程数据（P1）的周期，和/或
- 用于在所述本地总线（30）上发送具有所述过程数据（P1）的数据包（31）的周期。
11.根据权利要求1或2所述的电路，
所述电路为了复制所述过程数据（P1）具有数据支路（143），
其中，所述数据管理单元（100）经由所述数据支路（143）与所述本地总线控制器（300）和所述存储器区域（400）连接，或者
其中，所述数据管理单元（100）经由所述数据支路与所述现场总线控制器（200）和所述存储器区域（400）连接。
12.一种运行用于耦合现场总线（20）和本地总线（30）的电路（10）的方法，
- 其中，在循环帧（CF）中，将具有过程数据（P1）的数据包（31）从所述电路（10）的本地总线控制器（300）周期性地发送到所述本地总线（30）上，
- 其中，借助所述数据包（31）发送的所述过程数据（P1）事先通过所述电路（10）的现场总线控制器（200）在现场总线电报（21）中接收，
- 其中，将所述过程数据（P1）从所述现场总线控制器（200）借助于数据管理单元（100）传输至所述本地总线控制器（300），
- 其中，通过处理器（500）调节所述数据管理单元（100），以便将所述过程数据（P1）通过所述数据管理单元（100）复制到存储器区域（400）中，并且在所述存储器区域（400）中存储，并且
- 其中，在所述存储器区域（400）中存储的所述过程数据（P1）通过处理器（500）读取并进行评估，
其中，过程数据的传输和复制均硬件控制地进行，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，在运行期间，与所述处理器（500）的程序运行无关地执行所述过程数据（P1）在所述现场总线控制器（200）和本地总线控制器（300）之间的传输。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述存储器区域（400）中存储的所述过程数据（P1）通过处理器（500）与所述循环帧（CF）异步地读取。
14.一种运行用于耦合现场总线（20）和本地总线（30）的电路（10）的方法，
- 其中，基于循环帧（CF），将具有过程数据（P1）的数据包（31）从所述电路（10）的本地总线控制器（300）周期性地接收到所述本地总线（30）上，
- 其中，将借助所述数据包（31）接收的所述过程数据（P1）通过所述电路（10）的现场总线控制器（200）在现场总线电报（21）中发送，
- 其中，将所述过程数据（P1）从所述本地总线控制器（300）借助于数据管理单元（100）传输至所述现场总线控制器（200），
- 其中，通过处理器（500）调节所述数据管理单元（100），以便将所述过程数据（P1）通过所述数据管理单元（100）复制到存储器区域（400）中，并且在所述存储器区域（400）中存储，并且
- 其中，将在所述存储器区域（400）中存储的所述过程数据（P1）通过处理器（500）读取并进行评估，
其中，过程数据的传输和复制均硬件控制地进行，
其中，所述数据管理单元（100）设计成，在运行期间，与所述处理器（500）的程序运行无关地执行所述过程数据（P1）在所述现场总线控制器（200）和本地总线控制器（300）之间的传输。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述存储器区域（400）中存储的所述过程数据（P1）通过处理器（500）与所述循环帧（CF）异步地读取。
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