CN117749561A - 一种转发设备、转发方法及转发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转发设备、转发方法及转发装置，所述转发设备包括：第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器；在转发设备处于空闲模式下，若第一接收器接收到第一数据，第一接收器将第一数据发送给第二连接器接口的第二发送器，以经过第二发送器发送；第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，使控制器基于第一状态将转发设备的空闲模式切换成接收模式；在转发设备处于接收模式下，第一接收器将第一数据存储至对应的第一缓存器进行缓冲，并将第一缓存器缓冲的第一数据通过第三发送器发送。以具备延迟较低稳定，进而不受距离控制，以可支持远距离传输。

Description

一种转发设备、转发方法及转发装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种转发设备、转发方法及转发装置。

背景技术

大型工控系统拥有大量的拓展IO节点或通讯节点，一般使用机架总线方式来连接这些节点，即将所有节点连接到同一条差分线上。该连接方式虽然走线方便成本低廉，但是系统安装的机柜尺寸限制了机架的最大长度，因此无法将所有节点连接到一条机架上。

目前，常通过将总线上的数据解码后重新编码为以太网或其他接口协议，然后通过以太网或其他接口对外发送数据。这种方式的传输距离不受总线信号质量和驱动能力的限制，但是编解码会带来较大的延迟，导致系统响应速度下降，从而导致数据转发存在高延迟。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种转发设备、转发方法及转发装置，用以连接多条机架总线，实现总线间数据转发，解决现有存在的数据转发存在高延迟的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例第一方面示出了一种一种转发设备，所述转发设备包括：第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器；

所述控制器分别与第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、及总线接口通信连接；

所述第一连接器接口的一差分线通过第一总线占用检测器与对应的第一接收器连接，所述第一接收器与第一缓存器连接，所述第一接收器为所述第一连接器接口的接收器；

所述第二连接器接口的一差分线连接第二发送器，所述第二发送器为所述第二连接器接口的发送器；

所述第一缓存器通过所述第三发送器连接至所述总线接口的半双工的差分接口一端，所述总线接口与工控系统机架上的一机架总线连接，所述第三发送器为所述总线接口的发送器；

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给所述第二连接器接口的所述第二发送器，以经过所述第二发送器发送；

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。

可选的，还包括：所述第一发送器和第二接收器；

所述第一连接器接口的另一差分线与所述第一发送器连接，所述一发送器为所述第一连接器接口的发送器；

所述第二连接器接口的另一差分线与所述第二发送器连接，所述第二接收器为所述第二连接器接口的接收器；

在所述第一接收器接收到第一数据，且所述转发设备处于接收模式下，控制器对所述第一发送器和第二接收器执行禁用操作。

可选的，还包括：

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第二状态时，将所述第二状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第二状态将所述转发设备将所述接收模式切换成过渡模式。

可选的，还包括：第二总线占用检测器，第二缓存器，和第三总线占用检测器；

所述第二连接器接口的输入端通过所述第二总线占用检测器与对应的第二接收器连接，所述第二接收器与所述第二缓存器连接；

第三总线占用检测器和所述总线接口的半双工的差分接口另一端连接；

若所述第一总线占用检测器，第二总线占用检测器和第三总线占用检测器在第一预设时间内均未检测到总线电平存在第二状态，将其发送给所述控制器，以便所述控制器将所述过渡模式切换成空闲模式。

可选的，还包括：

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第二接收器接收到第二数据，所述第二接收器将所述第二数据发送给所述第一连接器接口的所述第一发送器，以经过所述第一发送器发送；

所述第二总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将所述第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第二接收器将所述第二数据存储至对应的所述缓存器进行缓冲，并将所述缓存器缓冲的所述第二数据通过所述总线接口发送。

可选的，还包括：

若所述第二接收器接收到第二数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器和第二发送器执行禁用操作。

可选的，还包括：第三接收器，第三缓存器和多路选择器；

所述总线接口与工控系统机架上的一机架总线连接，所述的总线接口的半双工的差分接口一端连接第三发送器，以及所述总线接口的半双工的差分接口另一端连接第三总线占用检测器；

所述第一缓存器与第二缓存器分别通过多路选择器连接所述第三发送器，所述第三总线占用检测器通过所述第三缓存器与所述第三接收器连接，所述第三接收器为所述总线接口的接收器；

所述第三接收器分别与所述第一发送器和所述第二发送器连接；

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第三接收器接收到第三数据，且第三总线占用检测器检测到总线电平存在第一状态时，将所述第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成发送模式；

在所述转发设备处于发送模式下，所述第三接收器将所述第三数据通过所述第一发送器和所述第二发送器发送。

可选的，还包括：

若所述第三接收器接收到第三数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器、第二接收器和第三发送器执行禁用操作。

本发明实施例第二方面示出了一种转发方法，适用于本发明实施例第一方面示出的转发设备，所述转发设备包括第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器，所述方法包括：

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给所述第二连接器接口的所述第二发送器，以经过所述第二发送器发送；

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。

本发明实施例第三方面示出了一种转发装置，包括本发明实施例第一方面所述的转发设备，所述转发设备的数量为多个；

所述转发设备通过总线接口连接工控系统的机架上一机架总线；

每一所述转发设备通过所述第一连接器接口或所述第二连接器接口进行环网连接。

基于上述本发明实施例提供的一种转发设备、转发方法及转发装置，所述转发设备包括：第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器；所述控制器分别与第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、及总线接口通信连接；所述第一连接器接口的一差分线通过第一总线占用检测器与对应的第一接收器连接，所述第一接收器与第一缓存器连接，所述第一接收器为第一连接器接口的接收器；所述第二连接器接口的一差分线连接第二发送器，所述第二发送器为第二连接器接口的发送器；所述第一缓存器通过所述第三发送器连接至总线接口的半双工的差分接口一端，所述总线接口与工控系统机架上的一机架总线连接，所述第三发送器为总线接口的发送器；在所述转发设备处于空闲模式下，若第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给第二连接器接口的所述第二发送器，以经过第二发送器发送；所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。在本发明实施例中，若第一接收器接收到数据，将通过无延迟的方式从第二发送器，以及经过第一缓存器缓冲后，通过第三发送器发送，以具备延迟较低稳定，进而不受距离控制，以可支持远距离传输。

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为本发明实施例示出的转发装置的结构示意图；

图2为本发明实施例示出的转发设备的具体结构示意图；

图3为本发明实施例示出的电平信号的变化的示意图；

图4为本发明实施例示出的不同模式下转发设备可用的结构示意图；

图5为本发明实施例示出的不同模式切换过程的流程示意图；

图6为本发明实施例示出的转发处理的示例图；

图7为本发明实施例示出的一种转发方法的流程示意图。

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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本申请中，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。

参见图1，为本发明实施例示出的总线转发装置的结构示意图。

总线转发装置包括转发设备10，所述转发设备10的数量为n个，n为大于等于2的正整数；

所述转发设备10通过总线接口连接工控系统的机架上一机架总线；

每一所述转发设备10通过通讯接口SerDes的CONN1或CONN2，即第一连接器接口或第二连接器进行环网连接。

其中，所述转发设备10的数量与所述工控系统的一机架总线的数量一一对应，也就是说一根机架总线连接一个转发设备10，每一设备10之间通过通讯接口SerDes的CONN1或CONN2进行环网连接。

具体的，若工控系统Q的机架总线的数量为n条，包括1,2,3......n；那么该工控系统Q中将设置n个转发设备10，即转发设备1与机架总线1连接，转发设备2与机架总线2连接，转发设备3与机架总线3连接，以此类推，转发设备n与机架总线n连接。

在本发明实施例中，还示出了转发设备10的具体结构图，如图2所示，所述转发设备10包括第一连接器接口CONN1、第二连接器接口CONN2、第一接收器R1、第二发送器T2、第三发送器T3、第一总线占用检测器Sens1、第一先入先出缓存器FIFO1，所述控制器分别与第一连接器接口CONN1、第二连接器接口CONN2、第一接收器R1、第二发送器T2、第一总线占用检测器Sens1、第一先入先出缓存器FIFO1、及总线接口BUS1通信连接；

CONN1和CONN2因为是全双工的SerDes，发送器和接收器各一对差分线，所以在框图2中均用两条线表示；BUS1因为是半双工的差分接口，只有一对差分线，所以在框图2中用一条线表示。

其中，一对差分线是指一正一副的两条导线，通过改变这两条导线间的电压差来传输数据。

所述第一连接器接口CONN1的一差分线通过第一总线占用检测器Sens1与对应的第一接收器R1连接，所述第一接收器R1与第一缓存器FIFO1连接，所述第一接收器R1为第一连接器接口CONN1的接收器；

所述第二连接器接口CONN2的一差分线连接第二发送器T2，所述第二发送器T2为第二连接器接口CONN2的发送器；

所述第一缓存器FIFO1通过第三发送器T3连接总线接口BUS1的半双工的差分接口一端，所述总线接口BUS1与工控系统机架上的一机架总线连接，第三发送器T3为总线接口BUS1的发送器；

在所述转发设备10处于空闲模式下，若第一接收器R1接收到第一数据，所述第一接收器R1将所述第一数据发送给第二连接器接口CONN2的所述第二发送器T2，以经过第二发送器T2发送。

需要说明的是，空闲模式为转发设备10的默认工作状态，在没有数据经过，转发设备10会一直处于该空闲模式。

可选的，控制器基于空闲模式对BUS接口的收发器，即第三发送器T3和第三接收器R3执行禁用操作。

在具体实现中，在所述转发设备10处于空闲模式下，从第一连接器接口CONN1进入的第一数据将直接从另一个CONN，即CONN2发送出去，此时接收与转发不需要等待任何判断，因此通过这种方式进行转发使转发的输出不存在延迟。

所述第一总线占用检测器Sens1检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备10的空闲模式切换成接收模式。

在具体实现中，首先，在所述转发设备10处于空闲模式下，第一总线占用检测器Sens1实时检测是否有数据正在通过，即被占用，第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平连续存在第一预设次数的下降沿时，认为存在占用，也就是说，所述第一总线占用检测器Sens1检测总线电平存在第一状态。

需要说明的是，第一状态是指总线电平连续存在第一预设次数的下降沿。

接着，第一总线占用检测器Sens1将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备10的空闲模式切换成接收模式。

需要说明的是，第一预设次数是预先根据实际情况建立的，比如可设置为3次。

第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平连续存在第一预设次数的下降沿的具体过程包括：

第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平的频率与预设的总线时钟频率的变化，若连续存在总线电平的频率高于预设的总线时钟频率，总线电平的频率低于预设的总线时钟频率，以此类推，即存在高低高低高低共第一预设次数次的电平变化，则确定总线电平连续存在第一预设次数的下降沿，如图3所示。

如图3所示，BUS CLK总线时钟的信号变化，即总线电平变化；DATA Signal为数据信号的变化；Sens Out为总线占用检测器Sens1检测到的信号变化。

当第一总线占用检测器Sens1或其他总线占用检测器检测到连续第一预设次数次下降沿后，认为存在占用，当连续检测到第二预设次数个连续1，即高电平后认为占用解除，为空闲状态。

需要说明的是，从高电平(数字“1”)变为低电平(数字“0”)的那一瞬间叫作下降沿。

预设的总线时钟频率是技术人员根据多次试验或经验设置的，对此本发明实施例不加以限制。

第二预设次数是预先根据实际情况建立的，比如可设置为5次。

在所述转发设备10处于接收模式下，所述第一接收器R1将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器FIFO1进行缓冲，并将所述第一缓存器FIFO1缓冲的所述第一数据通过所述总线接口BUS1发送。

在具体实现中，同时启用BUS接口的第三发送器T3，BUS接口的MUX将有数据输入的第一缓存器FIFO1与BUS1的发送器，即第三发送器T3相连通，此时，控制BUS接口的第三接收器R3保持禁用状态，以将经过第一缓存器FIFO1缓冲后的第一数据从总线接口BUS1发送，由于FIFO缓冲器深度是个固定值，因此转发的延迟即为固定值，且该固定值较短，因此本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势。

继续参见图2，还包括：所述第一发送器T1和第二接收器R2；

所述第一连接器接口CONN1的另一差分线与所述第一发送器T1连接，所述第一发送器T1为第一连接器接口CONN1的发送器；

所述第二连接器接口CONN2的另一差分线与所述第二发送器T2连接，所述第二接收器R2为第二连接器接口CONN2的接收器；

在所述第一接收器R1接收到第一数据，且所述转发设备10处于接收模式下，控制器对所述第一发送器T1和第二接收器R2执行禁用操作。

可选的，还包括：

所述第二接收器R2在所述第一接收器R1之后接收到所述第一数据，将其丢弃。

在具体实现中，第二接收器R2也收到了第一数据时，由于转发设备10处于接收模式，第二接收器R2被禁用，第二接收器R2收到的第一数据被直接丢弃。

可选的，还包括：

所述第一总线占用检测器Sens1检测总线电平存在第二状态时，将所述第二状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第二状态将所述转发设备将所述接收模式切换成过渡模式。

需要说明的是，所述第一总线占用检测器Sens1检测总线电平存在第二状态的具体过程包括：第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平的频率第二预设时间内是否均不存在电平翻转，即长1，若第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平的频率第二预设时间内均不存在电平翻转，说明总线电平存在第二状态，此时转发设备10从接收模式进入过渡模式。

需要说明的是，第二预设时间是技术人员根据实际情况设置的。

在具体实现中，第一接收器R1上的第一数据传输完毕之后，第一接收器R1会开始接收到长1；所述第一总线占用检测器Sens1由于检测到长1，转发设备10进入过渡模式，第二接收器R2依然被禁用。

在本发明实施例中，转发设备10在结束接收模式后如果直接返回空闲模式，可能发生另一个CONN的接收器接收到不完整的数据帧并转发，导致总线网络通讯冲突，转发设备10将保持两个CONN的接收器和发送器的状态与接收模式相同不变，但是关闭BUS接口的发送器。

可选的，第二接收器R2上第一数据传输完毕，第二接收器R2开始接收到长1。

在本发明实施例中，使用了第一总线占用检测器Sens1检测帧头的方式来判断总线占用与否，免去了解码的过程；且将第一接收器接收到的第一数据发送到另一个CONN发送器，实现无延迟转发；同时，启用BUS接口的发送器，第一数据从第一转发器转发到对应的缓冲器FIFO，并通过BUS接口发送，此时总线的延迟即为FIFO缓冲器的深度，本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势，以实现低延迟转发。

继续参见图2，转发设备10还包括：第二总线占用检测器Sens2，第二先入先出缓存器FIFO2，和第三总线占用检测器Sens3；

所述第二连接器接口CONN2的输入端通过第二总线占用检测器Sens2与对应的第二接收器R2连接，所述第二接收器R2与第二缓存器FIFO2连接；

第三总线占用检测器Sens3和所述的总线接口BUS1的半双工的差分接口另一端连接；

若所述第一总线占用检测器Sens1，第二总线占用检测器Sens2和第三总线占用检测器Sens3在第一预设时间内均未检测到总线电平存在第二状态，将其发送给所述控制器，以便所述控制器将所述过渡模式切换成空闲模式。

在具体实现中，所述第一总线占用检测器Sens1，第二总线占用检测器Sens2和第三总线占用检测器Sens3分别检测到总线电平的频率第一预设时间内是否均不存在电平翻转，即长1，若所述第一总线占用检测器Sens1，第二总线占用检测器Sens2和第三总线占用检测器Sens3均检测到总线电平的频率第二预设时间内均存在电平翻转，说明总线电平未检测到总线电平存在第二状态，此时控制转发设备10进入空闲模式。

可选的，在所述转发设备10处于空闲模式下，若第二接收器R2接收到第二数据，所述第二接收器R2将所述第二数据发送给第一连接器接口CONN1的所述第一发送器T1，以经过第一发送器T1发送。

在具体实现中在所述转发设备10处于空闲模式下，被零延迟转发到CONN1的发送器发送，此时接收与转发不需要等待任何判断，因此通过这种方式进行转发使转发的输出不存在延迟。

所述第二总线占用检测器Sens2检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备10的空闲模式切换成接收模式。

在具体实现中，首先，在所述转发设备10处于空闲模式下，第二总线占用检测器Sens2实时检测是否有数据正在通过，即被占用，如图3所示，第二总线占用检测器Sens2检测到总线电平连续存在第一预设次数的下降沿时，认为存在占用，也就是说，所述第二总线占用检测器Sens2检测总线电平存在第一状态。

接着，第二总线占用检测器Sens2将第二状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第二状态将所述转发设备10的空闲模式切换成接收模式。

需要说明的是，第二总线占用检测器Sens2检测总线电平存在第一状态的过程与第一总线占用检测器Sens1检测总线电平存在第一状态的具体实现过程相同，可相互参见，

第二数据可为第一数据的回复数据，也可以其他的数据。

在所述转发设备10处于接收模式下，所述第二接收器R2将所述第二数据存储至对应的所述第二缓存器FIFO2进行缓冲，并将所述第二缓存器FIFO2缓冲的所述第二数据通过所述总线接口BUS1发送。

在具体实现中，同时启用BUS接口的第三发送器T3，BUS接口的MUX将有数据输入的第二缓存器FIFO2与BUS1的发送器，即第三发送器T3相连通，此时，控制BUS接口的第三接收器R3保持禁用状态，以将经过第二缓存器FIFO2缓冲后的第二数据从总线接口BUS1发送，由于FIFO缓冲器深度是个固定值，因此转发的延迟即为固定值，且该固定值较短，因此本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势。

可选的，在所述第二接收器R2接收到第二数据，且所述转发设备10处于接收模式下，控制器对所述第二发送器T2和第一接收器R1执行禁用操作。

可选的，还包括：

所述第一接收器R1在所述第二接收器R2之后接收到所述第二数据，将其丢弃。

在具体实现中，第一接收器R1也收到了第二数据时，由于转发设备10处于接收模式，第一接收器R1被禁用，第一接收器R1收到的第二数据被直接丢弃。

可选的，还包括：

第二接收器R2上第二数据传输完毕，第二接收器开始接收到长1；第二接收器的Sens2由于检测到长1，将其发送给控制器，以控制转发设备10进入过渡模式，第一接收器R1依然被禁用。

在本发明实施例中，使用了第二总线占用检测器Sens1检测帧头的方式来判断总线占用与否，免去了解码的过程；且将第二接收器接收到的第二数据发送到另一个CONN发送器，实现无延迟转发；同时，启用BUS接口的发送器，第二数据从第二转发器转发到对应的缓冲器FIFO，并通过BUS接口发送，此时总线的延迟即为FIFO缓冲器的深度，本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势，以实现低延迟转发。

继续参见图2，所述转发设备10还包括：第三接收器R3，第三先入先出缓存器FIFO3和多路选择器MUX；

所述总线接口BUS1与工控系统机架上的一机架总线连接，所述的总线接口BUS1半双工的差分接口一端连接第三发送器T3，以及所述总线接口的半双工的差分接口另一端连接第三总线占用检测器Sens3；

所述第一缓存器FIFO1与第二缓存器FIFO2分别通过多路选择器MUX连接第三发送器T3，所述第三总线占用检测器Sens3通过第三缓存器FIFO3与第三接收器R3连接；

所述第三接收器R3分别与所述第一发送器T1和所述第二发送器T2连接；

需要说明的是，第一缓存器FIFO1、第二缓存器FIFO2和第三缓存器FIFO3的固定值默认为缓存5bit，用于配合Sens转发数据，避免由于Sens检测的延迟导致丢失数据头。

在所述转发设备10处于空闲模式下，若所述第三接收器R3接收到第三数据，且第三总线占用检测器Sens3检测到总线电平存在第一状态时，第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备10的空闲模式切换成发送模式；

需要说明的是，第三总线占用检测器Sens3检测到总线电平存在第一状态的过程与第一总线占用检测器Sens1检测到总线电平存在第一状态的过程相同，可相互参见。

第三数据可为第一数据的回复数据，或是其他数据。

在所述转发设备10处于发送模式下，所述第三接收器R3将所述第三数据通过所述第一发送器T1和所述第二发送器T2发送。

在具体实现中，在所述转发设备10处于发送模式下，将经过BUS1接口第三缓存器FIFO13缓冲的第三数据输入到第三接收器R3，并转发到第一发送器T1和所述第二发送器T2发送出去。

可选的，还包括：

若第三接收器R3接收到第三数据，且所述转发设备10处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器R1、第二接收器R2和第三发送器T1执行禁用操作。

可选的，还包括第三接收器R3上第三数据传输完毕后，开始接收到长1。

第三总线占用检测器Sens3在第一预设时间内均检测到长1，将其发送给控制器，以便所述控制器控制所述转发设备由发送模式进入空闲模式。

需要说明的是，本发明实施例示出的空闲模式，接收模式，过渡模式，以及发送模式等不同模式下转发设备可用的结构示意图。

可如图4的a部分所示，在空闲模式下，转发设备10禁用BUS接口的收发器，即第三发送器T3和第三接收器R3，这是转发设备10的默认工作状态，如果一直没有数据经过，转发设备10就会一直工作在此状态下。

其中，在该模式下，若从CONN1或CONN2进入的数据将直接从另一个CONN发送出去，这个接收与转发不需要等待任何判断，几乎不存在延迟。

可如图4的b部分所示，在接收模式下，转发设备10禁用此CONN的发送器和另一个CONN的接收器，也就是说，若第一接收器收到数据，则禁用第一发送器和第二接收器，同理，若第二接收器收到数据，则禁用第二发送器和第一接收器，以及BUS接口的第三接收器保持禁用状态。

这是任一CONN口检测到数据帧后向另一个CONN和BUS接口转发数据的工作状态，在此模式下，禁用此CONN的发送器和另一个CONN的接收器，保持这个CONN的接收器到另一个CONN发送器的无延迟转发，同时启用BUS接口的第三发送器，BUS接口的MUX将有数据输入的CONN接收器对应的FIFO与BUS发送器相连通，BUS接口的第三接收器也保持禁用状态。数据从CONN转发到BUS的延迟即为FIFO缓冲器的深度，由于FIFO缓冲器深度是个固定值，因此转发的延迟即为固定值。

如图4的c部分所示，在过渡模式下，转发设备10保持两个CONN的接收器和发送器的状态与接收模式相同不变，但是关闭BUS接口的第三发送器。

这是转发设备10退出接收模式后的一个过渡状态，在结束接收模式后如果直接返回空闲模式，可能发生另一个CONN的接收器接收到不完整的数据帧并转发，导致总线网络通讯冲突。

如图4的d部分所示，在发送模式下，禁用两个CONN的接收器和BUS接口的发送器，即第一接收器、第二接收器和第三发送器。

这是转发节点BUS接口检测到数据帧后向两个CONN转发数据的工作状态。将经过第三缓存器FIFO13缓冲的数据输入到BUS接口的第三接收器，并转发到第一发送器和第二发送器发送出去。

其中，数据从BUS转发到CONN的延迟即为FIFO缓冲器的深度，由于FIFO缓冲器深度是个固定值，因此转发的延迟即为固定值。

进一步的，不同模式切换过程可如图5所示，转发设备10上电启动准备完毕，等待所有Sens，即第一总线占用检测器Sens1、第二总线占用检测器Sens2和第三总线占用检测器Sens3都未检测到数据，则进入空闲模式；

当第三总线占用检测器Sens3检测到数据占用，转发设备10从空闲模式进入发送模式；当第三总线占用检测器Sens3一段时间没有检测到电平翻转，即长1，转发设备10回到空闲模式；

当某个CONN接口的Sens，即第一总线占用检测器Sens1或者第二总线占用检测器Sens2检测到数据占用，转发设备10从空闲模式进入接收模式；当此CONN的Sens，即第一总线占用检测器Sens1或者第二总线占用检测器Sens2一段时间没有检测到电平翻转，即长1，转发设备10从接收模式进入过渡模式；

转发设备10进入过渡模式以后，如果进入过渡前有数据占用的CONN的Sens重新检测到数据占用，或第三总线占用检测器Sens3检测到数据占用，转发设备10将从过渡模式进入接收模式或者发送模式。否则，转发设备10将等待所有Sens均一段时间没有检测到电平翻转，即长1后，回到空闲模式。

为了更好的理解上述本发明实施例示出的转发设备，下面通过一个示例说明转发设备的转发处理过程，如图6所示。

转发设备10上电启动准备完毕，等待所有Sens，即第一总线占用检测器Sens1、第二总线占用检测器Sens2和第三总线占用检测器Sens3都未检测到数据，转发设备10进入空闲模式。

t＝0.5时，由于外部主节点更靠近第一接收器R1，即CONN1的接收器，因此令牌帧M1+M2帧头先到达第一接收器R1，随后被零延迟转发到第二发送器T2，即CONN2的发送器发送。

t＝1时，由于第一总线占用检测器Sens1，即CONN1的Sens检测到帧头的多次下降沿，转发设备10进入接收模式，向CONN2和BUS接口转发令牌帧M1+M2帧头的工作状态，并禁用CONN1的发送器，即第一发送器T1和CONN2的接收器，即第二接收器R2，使得第一接收器R1至第二发送器T2能够进行无延迟转发，同时启用BUS接口的发送器，即第三发送器T3，BUS接口的MUX将有数据输入的第一接收器R1对应的第一缓存器FIFO1与第三发送器T3相连通，第三接收器R3保持禁用状态，以将经过第一接收器R1对应的FIFO缓冲后的令牌帧M1+M2从总线接口BUS1，即第三发送器T3发送。

t＝3.5时，第二接收器R2也收到了令牌帧M1+M2，但是由于转发设备10工作在接收模式，第二接收器R2被禁用，第二接收器R2收到的令牌帧M1+M2被直接丢弃。

t＝13.5时，第一接收器R1上令牌帧M1+M2传输完毕，第一总线占用检测器Sens1开始接收到长1；

t＝14时，第一总线占用检测器Sens1由于检测到长1，转发设备10进入过渡模式，第二接收器R2依然被禁用。

t＝16.5时，第二接收器R2上令牌帧M1+M2传输完毕，第二接收器R2开始接收到长1。

t＝17时，第二总线占用检测器Sens2由于检测到长1，转发设备10将等待所有Sens均一段时间没有检测到电平翻转，即长1后，回到空闲模式，转发设备10进入空闲模式。

t＝17.5时，由于外部从节点更靠近第二接收器R2，因此第二接收器R2先于第一接收器R1收到回复帧S1，回复帧S1帧头先到达第二接收器R2，随后被零延迟转发到第一发送器T1发送。

t＝18时，由于第二总线占用检测器Sens2，即CONN2的Sens检测到帧头的多次下降沿，转发设备10进入接收模式，向CONN1和BUS接口转发回复帧S1的工作状态，并禁用第一接收器R1和第二发送器T2，使得第二接收器R2至第一发送器T1能够进行无延迟转发，同时启用BUS接口的发送器，BUS接口的MUX将有数据输入的第二缓存器FIFO2与第三发送器T3相连通，第三接收器R3保持禁用状态，以将经过缓存器FIFO缓冲后的回复帧S1从总线接口BUS1，即第三发送器T3发送。

t＝22.5时，第一接收器R1也收到了回复帧S1，但是由于转发节点工作在接收模式，第一接收器R1被禁用，第一接收器R1收到的数据被直接丢弃。

t＝24.5时，第二接收器R2上回复帧S1传输完毕，第二总线占用检测器Sens2开始接收到长1。

t＝25时，第二总线占用检测器Sens2由于检测到长1，转发设备10进入过渡模式，第一接收器R1依然被禁用。

t＝26时，本地总线上其他节点发送的回复帧S2到达第三接收器R3。

t＝26.5时，由于第三总线占用检测器Sens3，即BUS的Sens检测到帧头的多次下降沿，当第三总线占用检测器Sens3检测到数据占用，转发设备10从空闲模式进入发送模式，转发设备10进入发送模式，BUS接口检测到数据帧后向第一发送器T1和第二发送器T2转发数据的工作状态，此时禁用第一接收器R1和第二接收器R2和第三发送器T3，将经过BUS接口第三缓存器FIFO13缓冲的数据输入到BUS接口的第三接收器R3，并转发到第一发送器T1和第二发送器T2发送出去。

t＝33时，第三接收器R3上回复帧S2传输完毕，第三总线占用检测器Sens3开始接收到长1。

t＝33.5时，第三总线占用检测器Sens3由于检测到长1，转发节点进入空闲模式。

在本发明实施例中，使用了第三总线占用检测器Sens检测帧头的方式来判断总线占用与否，免去了解码的过程；通过第三缓冲器FIFO，将接收到的数据通过第三接收器发送给第一发送器和第二发送器，以便所述第一发送器和第二发送器发送出去，本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势，以实现低延迟转发。

基于上述本发明实施例示出的转发设备，相应的，本发明实施例还对应使出了一种转发方法的流程示意图，如图7所述，所述方法包括：

步骤S701：在所述转发设备处于空闲模式下，若第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给第二连接器接口的所述第二发送器，以经过第二发送器发送；

步骤S702：所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

步骤S703：在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。

可选的，在所述第一接收器接收到第一数据，且所述转发设备处于接收模式下，控制器对所述第一发送器和第二接收器执行禁用操作。

可选的，所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第二状态时，将所述第二状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第二状态将所述转发设备将所述接收模式切换成过渡模式。

可选的，若所述第一总线占用检测器，第二总线占用检测器和第三总线占用检测器在第一预设时间内均未检测到总线电平存在第二状态，将其发送给所述控制器，以便所述控制器将所述过渡模式切换成空闲模式。

可选的，还包括：

在所述转发设备处于空闲模式下，若第二接收器接收到第二数据，所述第二接收器将所述第二数据发送给第一连接器接口的所述第一发送器，以经过第一发送器发送；

所述第二总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第二接收器将所述第二数据存储至对应的所述缓存器进行缓冲，并将所述缓存器缓冲的所述第二数据通过所述总线接口发送。

可选的，还包括：

若第二接收器接收到第二数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器和第二发送器执行禁用操作。

可选的，在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第三接收器接收到第三数据，且第三总线占用检测器检测到总线电平存在第一状态时，第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成发送模式；

在所述转发设备处于发送模式下，所述第三接收器将所述第三数据通过所述第一发送器和所述第二发送器发送。

可选的，若第三接收器接收到第三数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器、第二接收器和第三发送器执行禁用操作。

需要说明的是，具体实现转发方法的具体过程可如上述转发设备的具体实现过程相同，可相互参见。

在本发明实施例中，使用了第二总线占用检测器Sens1检测帧头的方式来判断总线占用与否，免去了解码的过程；且将第二接收器接收到的第二数据发送到另一个CONN发送器，实现无延迟转发；同时，启用BUS接口的发送器，第二数据从第二转发器转发到对应的缓冲器FIFO，并通过BUS接口发送，此时总线的延迟即为FIFO缓冲器的深度，本发明利用FIFO来控制总线转发的延迟，使得延迟具有高可控的优势，以实现低延迟转发。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种转发设备，其特征在于，所述转发设备包括：第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器；

所述控制器分别与第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、及总线接口通信连接；

所述第一连接器接口的一差分线通过第一总线占用检测器与对应的第一接收器连接，所述第一接收器与第一缓存器连接，所述第一接收器为所述第一连接器接口的接收器；

所述第二连接器接口的一差分线连接第二发送器，所述第二发送器为所述第二连接器接口的发送器；

所述第一缓存器通过所述第三发送器连接至所述总线接口的半双工的差分接口一端，所述总线接口与工控系统机架上的一机架总线连接，所述第三发送器为所述总线接口的发送器；

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给所述第二连接器接口的所述第二发送器，以经过所述第二发送器发送；

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。

2.根据权利要求1所述的转发设备，其特征在于，还包括：所述第一发送器和第二接收器；

所述第一连接器接口的另一差分线与所述第一发送器连接，所述一发送器为所述第一连接器接口的发送器；

所述第二连接器接口的另一差分线与所述第二发送器连接，所述第二接收器为所述第二连接器接口的接收器；

在所述第一接收器接收到第一数据，且所述转发设备处于接收模式下，控制器对所述第一发送器和第二接收器执行禁用操作。

3.根据权利要求2所述的转发设备，其特征在于，还包括：

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第二状态时，将所述第二状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第二状态将所述转发设备将所述接收模式切换成过渡模式。

4.根据权利要求3所述的转发设备，其特征在于，还包括：第二总线占用检测器，第二缓存器，和第三总线占用检测器；

所述第二连接器接口的输入端通过所述第二总线占用检测器与对应的第二接收器连接，所述第二接收器与所述第二缓存器连接；

第三总线占用检测器和所述总线接口的半双工的差分接口另一端连接；

若所述第一总线占用检测器，第二总线占用检测器和第三总线占用检测器在第一预设时间内均未检测到总线电平存在第二状态，将其发送给所述控制器，以便所述控制器将所述过渡模式切换成空闲模式。

5.根据权利要求4所述的所述的转发设备，其特征在于，还包括：

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第二接收器接收到第二数据，所述第二接收器将所述第二数据发送给所述第一连接器接口的所述第一发送器，以经过所述第一发送器发送；

所述第二总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将所述第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第二接收器将所述第二数据存储至对应的所述缓存器进行缓冲，并将所述缓存器缓冲的所述第二数据通过所述总线接口发送。

6.根据权利要求5所述的转发设备，其特征在于，还包括：

若所述第二接收器接收到第二数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器和第二发送器执行禁用操作。

7.根据权利要求4所述的转发设备，其特征在于，还包括：第三接收器，第三缓存器和多路选择器；

所述总线接口与工控系统机架上的一机架总线连接，所述的总线接口的半双工的差分接口一端连接第三发送器，以及所述总线接口的半双工的差分接口另一端连接第三总线占用检测器；

所述第一缓存器与第二缓存器分别通过多路选择器连接所述第三发送器，所述第三总线占用检测器通过所述第三缓存器与所述第三接收器连接，所述第三接收器为所述总线接口的接收器；

所述第三接收器分别与所述第一发送器和所述第二发送器连接；

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第三接收器接收到第三数据，且第三总线占用检测器检测到总线电平存在第一状态时，将所述第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成发送模式；

在所述转发设备处于发送模式下，所述第三接收器将所述第三数据通过所述第一发送器和所述第二发送器发送。

8.根据权利要求7所述的转发设备，其特征在于，还包括：

若所述第三接收器接收到第三数据，且所述转发设备处于空闲模式下，控制器对所述第一接收器、第二接收器和第三发送器执行禁用操作。

9.一种转发方法，其特征在于，适用于权利要求1-8任意一项所述的转发设备，所述转发设备包括第一连接器接口、第二连接器接口、第一接收器、第二发送器、第三发送器、第一总线占用检测器、第一缓存器、总线接口、以及控制器，所述方法包括：

在所述转发设备处于空闲模式下，若所述第一接收器接收到第一数据，所述第一接收器将所述第一数据发送给所述第二连接器接口的所述第二发送器，以经过所述第二发送器发送；

所述第一总线占用检测器检测总线电平存在第一状态时，将第一状态发送给所述控制器，所述控制器基于所述第一状态将所述转发设备的空闲模式切换成接收模式；

在所述转发设备处于接收模式下，所述第一接收器将所述第一数据存储至对应的所述第一缓存器进行缓冲，并将所述第一缓存器缓冲的所述第一数据通过所述第三发送器发送。

10.一种转发装置，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的转发设备，所述转发设备的数量为多个；

所述转发设备通过总线接口连接工控系统的机架上一机架总线；

每一所述转发设备通过所述第一连接器接口或所述第二连接器接口进行环网连接。