CN1777137A - 一种基于以太网和串行通信技术的数据转发装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于以太网和串行通信技术的数据转发装置及系统。所述装置包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；以太网通信单元，在所述运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。本发明减轻了微处理器的负荷，提高了数据转发效率；与现有技术相比，本发明在控制系统网络规模、可靠性、响应速度等方面有很大的提高。

Description

一种基于以太网和串行通信技术的数据转发装置及系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其是一种在工业控制系统中，数据在工业以太网和基于串行通讯的两层不同网络中进行处理和转发的装置。

背景技术

近年来，由于工业以太网技术的逐步成熟，工业控制系统的通信网络已逐步向工业以太网方向发展。另一方面，工业控制系统中的I/O卡件通常以串行通信方式为主，实现所述工业以太网与I/O卡件间数据交互的装置称为数据转发卡。数据转发卡在很多控制系统中是必不可少的部件，对于系统响应速度的提升起到非常重要的作用。采用工业以太网通讯后大量数据需要通过数据转发卡将以太网数据转发到下层的I/O卡件。

现有技术中的进行数据转发的形式为：使用RS485与工业以太网连接，进而通过网络实现数据转发卡与主控卡的通信；另一方面，使用单串口或少数串口(≤4)与I/O卡件进行通讯。或者，使用单冗余的工业以太网，通过点播通讯的方式实现数据转发卡与主控卡之间的通讯；同时，使用并行总线的方式与I/O卡件进行通讯。

现有技术的缺陷在于：数据转发卡在同一时间只能和少数I/O卡件通讯(通常不超过4路)，但控制系统的一个现场I/O模块组的I/O卡件往往达到8路、16路或更多，这些数据转发卡只能采用巡检的方式，通过几次重复操作才能访问所有的I/O卡件，因而增加了通讯卡数据交互的通讯时间，降低了系统的响应速度；然而，控制系统对于输入输出的响应速度的要求往往很高，因而，现有技术不能满足控制系统对输入输出的响应速度的要求。

综上所述，如何实现以太网与I/O卡件之间的数据交互成为提高工业控制系统响应速度的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据转发卡，该装置可以与主控卡以冗余以太网的方式通信，与I/O卡件以多串口方式通信；相应的，本发明还提供一种数据通信系统。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种数据转发装置，包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；以太网通信单元，在所述运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

在上述结构基础上，所述以太网通信单元为双冗余配置，两个以太网通信单元分别在运算单元的控制下，同时进行数据发送和接收的处理。所述以太网通信单元支持组播技术。

在上述结构基础上，本发明数据转发装置还包括冗余切换电路，与运算单元连接，包括逻辑电路和串行通信通道，当数据转发装置冗余配置时，所述逻辑电路控制冗余数据转发装置中的一个处于工作状态，其余处于备用状态；所述串行通道用于冗余配置的两数据转发装置之间的信息交互。所述冗余切换电路进一步包括切换开关，提供人工触发冗余数据转发装置工作状态的切换。以及本装置还可包括看门狗芯片，对系统的运行状态和电源进行监控；指示灯电路，对系统运行状态进行实时指示。

一种采用如权利要求1所述数据转发装置的数据通信系统，包括：冗余以太网系统；数据转发装置，包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；冗余配置的以太网通信单元，分别与冗余的以太网系统连接，在运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

上述系统结构基础上，所述数据通信系统中包括双冗余配置的数据转发装置，均与以太网连接；所述数据转发装置中进一步包括冗余切换电路，与运算单元连接，包括逻辑电路和串行通信通道，控制冗余的数据转发装置中的一个处于工作状态，另一个处于备用状态；所述串行通道用于冗余配置的两数据转发装置之间的信息交互。

该系统还可进一步包括：主控卡，与以太网系统连接，借由以太网与数据转发装置进行数据交互；I/O卡件，与数据转发装置的多串口通信单元连接，实现与数据转发装置的数据交互。

以上技术方案可以看出，本发明提供了多串口技术方案，替代现有技术中简单的少数几个串口的通讯方式，减轻了数据转发卡微处理器的负荷，提高了数据转发效率。并且，与现有技术相比，本发明采用冗余工业以太网技术代替了传统RS-485控制系统，在控制系统网络规模、可靠性、响应速度等方面有了很大的提高。

本发明实验中，在5ms内完成对16块I/O卡件(每块I/O卡件的通讯波特率为312.5kbps，每块I/O卡件的通讯数据量不大于34字节)的巡检周期，在巡检完成之后，主动上送I/O卡件的实时数据。该实验所得到的指标对于现有的控制系统的数据转发卡的提速是很明显的。

附图说明

图1为本发明数据转发卡结构逻辑图；

图2为本发明多串口通信电路原理图；

图3为本发明以太网通信电路原理图；

图4为冗余以太网通信电路上层功能实现流程图；

图5为多串口通信电路上层功能实现流程图；

图6为本发明的数据转发时序图。

具体实施方式

本发明是基于冗余以太网技术及多串口技术的数据转发方案，相应的，本发明提供了一种数据转发卡，所述数据转发卡的功能在于将经由以太网的来自主控卡的组态数据转发给I/O卡件；将I/O卡件的实时数据发送到以太网，最终到达主控卡。该装置核心在于包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；以太网通信单元，在所述运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

图1示出了本发明提供的用于冗余工业以太网和多串口卡件间进行数据转发的装置的一个较佳实施例结构，参照该图，具体对本发明的数据转发卡结构进行说明。

高性能微处理器(CPU)U1，用于对外围电路进行控制和信息处理。如图，50M晶振X1，为CPU提供工作频率，所示JTAG1为CPU程序下载接口。所述微处理器的具体功能在下文中结合数据转发卡的其他部件一同说明。

冗余配置的工业以太网芯片U21和U22，与所述高性能微处理器U1连接，微处理器(CPU)通过片选线、地址总线、数据总线、读写控制总线等控制信号对两路以太网芯片进行访问和控制。具体访问控制方法参见图3及相关说明。所述以太网芯片负责通过RJ45以太网接口(如图中J21、J22)接收网络上的数据包(以太网系统冗余配置时则接收以太网的冗余数据包)，如果正常接收到数据包则向微处理器(CPU)U1发起中断请求，请求CPU对数据包进行处理；另一方面，在微处理器U1的控制下，冗余工业以太网芯片通过所述RJ45以太网接口向以太网发送冗余数据包，图中所示SBUS-S2总线为本实施例中冗余以太网网络的代称。

所述的工业以太网芯片U21、U22支持组播技术，如现有8139等芯片均支持组播技术，通过配置其用于分组的硬件地址寄存器，能够将节点加入分组，这样对于发送给该组的组播数据包，加入其他组的数据转发卡的以太网芯片将不会接收。具体的，每个网络可以组成64个组，每个节点可以随时任意加入0个或多个组而不需要通知其他节点。当向一个组发送数据时，该组的所有成员都可以接收到数据，而不属于该组的成员则不能接收到数据。因此，采用组播技术大大降低网络负荷，提高网络响应速度。

并且，借由工业以太网，数据转发卡与主控卡的通信采用UDP/IP方式进行。不同的数据类型通过UDP套接口的不同进行区分，通过IP的标识区分是否为冗余的同一包数据。具体的，数据转发卡接收来自主控卡的数据包，在ARP层解析，如果是ARP请求，则返回ARP响应，如果不是ARP请求则检查上一层协议，一直检查到UDP协议，判断该请求是实时命令还是诊断命令，在上层的应用程序中，对命令进行处理，对返回相应数据往下层打包，发送到以太网中。若系统中的数据转发卡为冗余配置的情况下，处于备用状态的数据转发卡不返回数据。

如图所示，本实施例中采用了1∶1热冗余的以太网通信电路，即由U21和J21构成的第一以太网通信电路，以及U22和J22构成的第二以太网通信链路。数据转发卡同时通过两以太网通信带你路发送数据；在数据转发卡需要接收数据时，两以太网通信电路都负责接收以太网数据包，并且调用接收处理程序，过滤重复的数据包。如本领域技术人员所熟知，该冗余以太网通信电路部分还包括网络变压器以及相应的外围电路部分，由于为习知技术，并未在图中示出。

数据转发卡通过以太网芯片及接口接收来自网络上的数据，微处理器U1调用诊断程序，判断出地址重复、不冗余的情况，通过该方法，数据转发卡能够对以太网上的其他数据转发卡进行地址冲突检测，检测出地址重复、地址不冗余的情况。

闪存(Flash)U3，用于存放CPU的固化程序，CPU通过片选线、地址总线、数据总线、读写控制线等访问和控制该Flash。

多串口芯片U4，带8个异步串口，每个串口带64字节的发送/接收缓冲区，CPU通过片选线、地址总线、数据总线、读写控制线访问和控制该器件。在微处理器U1的控制下对本地机笼内需要进行通讯的I/O卡件以串行通讯方式发送组态数据，等待I/O卡件的响应；并且，主动把接收到的I/O卡件实时数据放入相应的接收缓冲区，微处理器再对这些数据进行处理，最终通过以太网芯片及接口将数据发送到以太网，并借由冗余以太网将实时数据发送到相应主控卡。

具体来说，微处理器配置该多串口通讯芯片的各个串口的通讯属性，能够根据I/O卡件的不同特点加以调整，由于各个串口带有各自的发送/接收缓冲器，通过逻辑电路切换，能扩展多串口芯片的通信线路数，比如16路，32路等。CPU只需在启动发送和从多串口芯片的接收缓冲中接收数据时参与工作。由于CPU一次可完成多个I/O卡件的通讯，而无需再逐一与I/O卡件进行通讯，因而减少了通信时间；其次，CPU不再直接与I/O卡件进行通讯，而是使用多串口芯片进行，因而大大减轻了CPU的负担。

逻辑控制电路采用专门的CPLD芯片U5，通过编程，实现对I/O通道的切换，亦实现I/O通讯通道的控制和热插拔的功能。。CPU通过片选线、数据线、读写控制线等来访问和控制该器件，CPLD的I/O端口用来连接外围的I/O通道。

具体的，CPLD接收来自微处理器的控制线和多串口芯片的控制线的信号，通过CPLD内部的逻辑电路1实现串口发送时不接收。通过编程，实现对自诊断通道的控制，CPLD接收来自微处理器的控制线和多串口芯片的控制线的信号，通过CPLD内部的逻辑电路2实现串口发送的同时接收，这样形成了自诊断回路控制。而且，采用该CPLD后，能够实现在插拔数据转发卡时，不影响串行通讯线的信号的完整性，能够满足工业控制现场对热插拔的要求。

所述多串口芯片U4以及逻辑控制电路U5为本发明数据转发卡的多串口通信电路部分的主要组成。多串口通信电路原理参照图2及相应的说明。

图中所示地址拨码开关SW1用于确定该数据转发卡在以太网的IP地址。所示JTAG2为CPLD程序下载接口，所示SBUS-S1总线代表多串口数据总线，所述的串行通信通道上具有电压保护电路，采用双向二级管保护，以及MOS管开关，防止通信通道上出现过高或过低的电压，以保护设备的安全。

看门狗芯片U6，负责对系统的运行状态和电源进行监控，如系统工作不正常或电源不正常，将重新复位系统或使系统保证复位状态一直到电源恢复到正常水平。

冗余切换逻辑电路U7，该逻辑电路实现了一个联动和互锁机制，保证两块冗余配置的数据转发卡上电之后，只有一块处于工作卡状态。具体的，可使用74LS00构成所述的互锁和联动逻辑电路，保证在两块互为冗余配置的数据转发卡在上电时确定其中一块为工作状态，当系统中有两个数据转发卡互为备份时，使其中一个处于工作状态，另一个保持为备用状态。当处于工作状态的数据转发卡主动切换为备用状态时，或通过按钮手动切换为备用状态，则另一原为备用状态的数据转发卡切换进入到工作状态。如图所示，切换开关K1为所述手动切换装置，当数据转发卡冗余配置时，按下工作侧数据转发卡上的K1切换开关，数据转发卡将发生切换。

串口1接口J1，用于两块冗余配置的数据转发卡之间的冗余信息交互，即通过该串口在两块冗余配置的数据转发卡之间建立串行通信通道，通过所述串行通信通道能够实现两块冗余配置的数据转发卡之间的冗余信息的交互，比如卡件诊断信息、组态信息、地址检查等等。工作数据转发卡在出现故障的情况下，通过CPU的端口输出相应电平，出让工作权。所述冗余切换逻辑电路U7和串口1接口J1为本发明数据转发卡的冗余切换电路部分的主要组成。

指示灯电路U8，实现对系统运行状态的实时指示。

冗余电源电路部分，如图所示，该部分电路实现5V到3.3V和1.8V的转化，3.3V给系统的主要芯片(如CPU的PIO管脚、多串口芯片、以太网芯片、复位芯片、CPLD等)供电，1.8V给CPU的内核供电。另外5V用于串行通讯线的3.3V至5V的电平转化。同时24V电源提供了MOS管开关控制信号，用来保证上电时系统先上电，通讯线和冗余切换线后导通，保证了热插拔的可靠性。

以上详细说明了本发明数据转发卡的结构，在该结构下，该数据转发卡可进一步具备故障诊断及处理机制。故障诊断包括：

数据转发卡对主要关键器件进行检查，若出现器件故障，冗余配置的数据转发卡将通过冗余切换电路主动进行切换，即工作卡切换到备用状态，备用卡切换到工作卡状态；

数据转发卡通过对网络数据包的IP地址对网络上的数据转发卡的地址进行检查，以及通过串口进行同一机笼内的I/O卡件地址检查；判断上述地址检查中是否发现地址冲突，若出现地址冲突，数据转发卡转入地址冲突故障报警阶段，此时不会进行和I/O卡件之间的通讯，不会发送实时数据和诊断数据给主控卡；地址冲突消除，数据转发卡将回到正常状态。

将以上结构的数据转发卡进行冗余配置时，备用状态的数据转发卡接收来自主控卡的实时命令，更新自己的实时IO组态数据，接收主控卡的诊断命令，返回诊断数据。由于一对冗余的数据转发卡连接在同一工业以太网上，且加入了相同的组地址，因此，备用数据转发卡可以接收到工作数据转发卡的数据。备用数据转发卡接收工作数据转发卡的实时数据后，更新自己的实时数据区。

所述的数据转发卡采用的数据交互机制，通过优先级的设置保证优先与I/O卡件的通讯，在完成与I/O卡件的通讯的前提下，对以太网数据进行处理。

参照图2，说明本发明多串口通信电路原理。微处理器(U1)和该多串口芯片(U4)采用Intel总线时序，微处理器通过地址总线(8位)、数据总线(8位)以及读写控制信号线及其他控制线，实现对多串口芯片的控制。

多串口芯片(U4)具有8串口，每个串口的TX，RX和RTS分别连到CPLD(U5)的芯片，每路I/O串行信号经匹配电阻(阻值取22Ω或33Ω，防止信号的反射)再进入CPLD的I/O端口，在该通道上，采用两个二极管用于保护信号，使信号不至于过大(＞5V)，不至于过小(＜0V)。

微处理器提供了若干I/O通信控制信号(如扩展信号、自检信号等)，通过这些信号实现多个I/O通道之间的切换，以及与I/O卡件之间通讯的扩展；还能构成与I/O通讯通道的自检回路，对I/O通讯通道的状况进行检查和处理。

微处理器提供了一个中断用于多串芯片口和外围I/O卡件通讯中的通讯中断，由于8个串口共用1个中断，产生中断后，微处理器对多串口芯片的中断寄存器进行巡检，确定产生中断的串口。微处理器定时向多串口芯片的串口的发送缓冲区写入发送数据。

多串口芯片与I/O卡件通讯的方式具体为：多串口芯片启用了自动RS-485模式，该模式下，当接收保持寄存器(THR)有数据或发送先入先出缓冲区(FIFO)有数据时，多串口芯片的RTS线为高电平；当THR为空或发送FIFO为空时，多串口芯片的RTS线为低电平；通过RTS和微处理器的通道控制线、选通控制线实现发送的时候不会接收，发送完毕自动转为接收模式，把接收到的数据放入接收缓冲区；预置一个等待超时，时间到，CPU将主动从多串口芯片的每个接收缓冲区中取接收数据，进而对接收的数据进行判断。为了提高I/O通讯的可靠性，还可加入重发机制，连续在预置的次数内通信失败，即认为通信故障。

图3为本发明以太网通信电路原理图。参照该图，微处理器和该以太网芯片之间的连接采用80186配置模式，微处理器通过地址总线(10位)、数据总线(16位)以及读写控制信号线和中断线等实现对以太网芯片的控制。以太网芯片经由以太网变压器，并最终通过RJ45以太网接口接收或发送数据包。

在本发明的数据转发卡的机构特征下，数据转发卡可以通过两以太网芯片分别接收主控卡在冗余的两路以太网上所发送相同的数据包。若两以太网芯片分别正确接收到来自主控卡的数据包，将产生中断通知微处理器加以处理。两路以太芯片对接收来自主控卡的数据包存放到自己的片内SRAM(8K*16bit)中，微处理器通过数据、地址总线来读取以太网芯片接收到的以太网数据包。以太网数据处理程序首先对数据包进行过滤，获得正确的数据包，CPU对以太网数据包采用先入先出的方法，同时设置了冗余标志，冗余的数据包在IP层具有相同的标识，CPU判断当前数据包与上一包数据的标识是否一致，以确定是否是冗余的一包数据，若标识一致，则认为两包的数据内容相同，即该数据包冗余，将被舍弃。

对应于上文所述以太网通信电路原理，图4所示为冗余以太网通信电路上层功能实现流程图。

步骤41：数据转发卡(包括工作数据转发卡和备用数据转发卡)接收来自以太网任务管道(操作系统的资源)的信息，若没有接收，则进行步骤42，否则进行步骤43；

步骤42：以太网任务被挂起；

步骤43：判断信息标识是否为接收标志，若是则进行步骤44；否则判断所述信息标识为何种发送标识，若为发送标志(SendDataFlag)则进行步骤45；若为发送诊断标志(SendDiagFlag)，则进行步骤46；若为发送ARP数据包标志(SendArpFlag)，则进行步骤47；

步骤44：对接收的以太网数据包进行处理；

步骤45：对于工作状态数据转发卡，发送I/O卡件的实时数据包，备用状态数据转发卡不进行任何处理；

步骤46：工作状态数据转发卡对以太网通道进行诊断处理，并对机笼内卡件故障判断及处理；即对两路以太网络的连接状态、两块以太网芯片的工作状态进行自检，并进行相应的处理；

步骤47：发送ARP数据包。

以太网接收程序首先对以太网数据包的帧类型进行区分，区分出ARP数据包和IP数据包，若为ARP请求数据包，经检查无错则发送ARP应答包。对IP数据包的处理，又分成PING和UDP两类，UDP的处理靠UDP端口号来处理。

对应于上文所述多串口通信电路原理，图5为本发明的多串口通信电路上层功能实现流程图。

参照该图可知，工作卡接收来自I/O任务的管道的信息，工作卡接收来自I/O任务的管道的信号，若没有则I/O通讯任务将挂起；若有I/O任务管道信息，则当所述管道信息为I/O通讯标志时，执行I/O卡件通信；当所述管道信息为I/O诊断标志时，则进行I/O卡件诊断。

参照图6，考虑到串口缓冲区的相对偏小，数据转发卡必须优先完成与IO卡件的通讯。T为数据转发卡与IO卡件的通讯周期；t0为通讯起始时刻，此时数据转发卡下发数据；t1开始是数据转发卡开始接收从IO返回的数据；t2时刻通讯结束，开始执行其它任务。因此IO卡件返回数据的时间在[t1，t2]之内。

数据转发卡用于将经由以太网来自主控卡的组态数据转发给I/O卡件，将I/O卡件的实时数据转发给主控卡。所述组态数据和实时数据就是公共数据，而这些数据同时被以太网通讯程序和I/O通讯程序使用，即产生了公共数据的交互，在所述公共数据交互过程中，两个程序可能会发生冲突，进而本发明中可进一步采用信号量机制防止冲突的产生。

以上为本发明的数据转发卡的较佳实施例，本领域技术人员仍可根据业务的具体需求，减少该装置中的部件，如看门狗芯片、指示灯电路等，或者增加其他功能单元与本装置连接。并且，在本发明的实施例中，涉及双冗余配置的数据转发卡以及双冗余的以太网通信单元，本领域技术人员可根据具体需要进行系统或功能单元的冗余配置。

本发明还提供了一种数据通信系统，该系统采用本发明所提供的数据转发卡。具体的，该系统包括：

冗余以太网系统；

本发明提供的数据转发卡，其核心包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；冗余配置的以太网通信单元，分别与冗余的以太网系统连接，在运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

在上述数据通信系统的基础上，数据通信系统中的数据转发卡为双冗余配置，每一数据转发卡均与以太网系统连接；则所述数据转发装置中进一步包括冗余切换电路，与运算单元连接，包括逻辑电路和串行通信通道，控制冗余的数据转发装置中的一个处于工作状态，另一个处于备用状态；所述串行通道用于冗余配置的两数据转发装置之间的信息交互。

本发明所提供的数据通信系统中还可以进一步包括：主控卡，与以太网系统连接，借由以太网与数据转发装置进行数据交互；I/O卡件，与数据转发装置的多串口通信单元连接，实现与数据转发装置的数据交互。

以上对本发明所提供的一种基于以太网和串行通信技术的数据转发装置及系统进行了详细介绍，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、一种数据转发装置，其特征在于，包括：

运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；

以太网通信单元，在所述运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；

多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；

电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

2、如权利要求1所述的数据转发装置，其特征在于：

所述以太网通信单元为双冗余配置，两个以太网通信单元分别在运算单元的控制下，同时进行数据发送和接收的处理。

3、如权利要求1或2所述的数据转发装置，其特征在于，还包括：

冗余切换电路，与运算单元连接，包括逻辑电路和串行通信通道，当数据转发装置冗余配置时，所述逻辑电路控制冗余数据转发装置中的一个处于工作状态，其余处于备用状态；所述串行通道用于冗余配置的两数据转发装置之间的信息交互。

4、如权利要求3所述的数据转发装置，其特征在于：

所述冗余切换电路进一步包括切换开关，提供人工触发冗余数据转发装置工作状态的切换。

5、如权利要求1或2所述的数据转发装置，其特征在于：

所述以太网通信单元支持组播技术。

6、如权利要求1或2所述的数据转发装置，其特征在于，还包括：

看门狗芯片，对系统的运行状态和电源进行监控。

7、如权利要求6所述的数据转发装置，其特征在于，还包括：

指示灯电路，对系统运行状态进行实时指示。

8、一种采用如权利要求1所述数据转发装置的数据通信系统，其特征在于，包括：

冗余以太网系统；

数据转发装置，包括：运算单元，包括微处理器，用于对数据进行处理和进行电路实时控制；冗余配置的以太网通信单元，分别与冗余的以太网系统连接，在运算单元的控制下，向以太网发送或从以太网接收数据；多串口通信单元，包括多串口芯片以及逻辑控制电路，在所述运算单元的控制下实现与I/O卡件的数据交互；所述逻辑控制电路接收所述运算单元及多串口芯片的控制信号，进行多串口芯片I/O通道的切换，控制串行接口进行数据的发送/接收；电源电路，用于给所述数据转发装置中器件供电。

9、如权利要求8所述的数据通信系统，其特征在于：

所述数据通信系统中包括双冗余配置的数据转发装置，均与以太网连接；

所述数据转发装置中进一步包括冗余切换电路，与运算单元连接，包括逻辑电路和串行通信通道，控制冗余的数据转发装置中的一个处于工作状态，另一个处于备用状态；所述串行通道用于冗余配置的两数据转发装置之间的信息交互。

10、如权利要求8或9所述的数据通信系统，其特征在于，该系统进一步包括：

主控卡，与以太网系统连接，借由以太网与数据转发装置进行数据交互；

I/O卡件，与数据转发装置的多串口通信单元连接，实现与数据转发装置的数据交互。

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