一種基於乙太網和串行通信技術的數據轉發裝置及系統的製作方法
2024-02-13 16:58:15
專利名稱：一種基於乙太網和串行通信技術的數據轉發裝置及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制技術領域，尤其是一種在工業控制系統中，數據在工業乙太網和基於串行通訊的兩層不同網絡中進行處理和轉發的裝置。
背景技術：
近年來，由於工業乙太網技術的逐步成熟，工業控制系統的通信網絡已逐步向工業乙太網方向發展。另一方面，工業控制系統中的I/O卡件通常以串行通信方式為主，實現所述工業乙太網與I/O卡件間數據交互的裝置稱為數據轉發卡。數據轉發卡在很多控制系統中是必不可少的部件，對於系統響應速度的提升起到非常重要的作用。採用工業乙太網通訊後大量數據需要通過數據轉發卡將乙太網數據轉發到下層的I/O卡件。
現有技術中的進行數據轉發的形式為使用RS485與工業乙太網連接，進而通過網絡實現數據轉發卡與主控卡的通信；另一方面，使用單串口或少數串口(≤4)與I/O卡件進行通訊。或者，使用單冗餘的工業乙太網，通過點播通訊的方式實現數據轉發卡與主控卡之間的通訊；同時，使用並行總線的方式與I/O卡件進行通訊。
現有技術的缺陷在於數據轉發卡在同一時間只能和少數I/O卡件通訊(通常不超過4路)，但控制系統的一個現場I/O模塊組的I/O卡件往往達到8路、16路或更多，這些數據轉發卡只能採用巡檢的方式，通過幾次重複操作才能訪問所有的I/O卡件，因而增加了通訊卡數據交互的通訊時間，降低了系統的響應速度；然而，控制系統對於輸入輸出的響應速度的要求往往很高，因而，現有技術不能滿足控制系統對輸入輸出的響應速度的要求。
綜上所述，如何實現乙太網與I/O卡件之間的數據交互成為提高工業控制系統響應速度的重要問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種數據轉發卡，該裝置可以與主控卡以冗餘乙太網的方式通信，與I/O卡件以多串口方式通信；相應的，本發明還提供一種數據通信系統。
為解決上述技術問題，本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種數據轉發裝置，包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；乙太網通信單元，在所述運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
在上述結構基礎上，所述乙太網通信單元為雙冗餘配置，兩個乙太網通信單元分別在運算單元的控制下，同時進行數據發送和接收的處理。所述乙太網通信單元支持組播技術。
在上述結構基礎上，本發明數據轉發裝置還包括冗餘切換電路，與運算單元連接，包括邏輯電路和串行通信通道，當數據轉發裝置冗餘配置時，所述邏輯電路控制冗餘數據轉發裝置中的一個處於工作狀態，其餘處於備用狀態；所述串行通道用於冗餘配置的兩數據轉發裝置之間的信息交互。所述冗餘切換電路進一步包括切換開關，提供人工觸發冗餘數據轉發裝置工作狀態的切換。以及本裝置還可包括看門狗晶片，對系統的運行狀態和電源進行監控；指示燈電路，對系統運行狀態進行實時指示。
一種採用如權利要求1所述數據轉發裝置的數據通信系統，包括冗餘乙太網系統；數據轉發裝置，包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；冗餘配置的乙太網通信單元，分別與冗餘的乙太網系統連接，在運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
上述系統結構基礎上，所述數據通信系統中包括雙冗餘配置的數據轉發裝置，均與乙太網連接；所述數據轉發裝置中進一步包括冗餘切換電路，與運算單元連接，包括邏輯電路和串行通信通道，控制冗餘的數據轉發裝置中的一個處於工作狀態，另一個處於備用狀態；所述串行通道用於冗餘配置的兩數據轉發裝置之間的信息交互。
該系統還可進一步包括主控卡，與乙太網系統連接，藉由乙太網與數據轉發裝置進行數據交互；I/O卡件，與數據轉發裝置的多串口通信單元連接，實現與數據轉發裝置的數據交互。
以上技術方案可以看出，本發明提供了多串口技術方案，替代現有技術中簡單的少數幾個串口的通訊方式，減輕了數據轉發卡微處理器的負荷，提高了數據轉發效率。並且，與現有技術相比，本發明採用冗餘工業乙太網技術代替了傳統RS-485控制系統，在控制系統網絡規模、可靠性、響應速度等方面有了很大的提高。
本發明實驗中，在5ms內完成對16塊I/O卡件(每塊I/O卡件的通訊波特率為312.5kbps，每塊I/O卡件的通訊數據量不大於34位元組)的巡檢周期，在巡檢完成之後，主動上送I/O卡件的實時數據。該實驗所得到的指標對於現有的控制系統的數據轉發卡的提速是很明顯的。
圖1為本發明數據轉發卡結構邏輯圖；圖2為本發明多串口通信電路原理圖；圖3為本發明乙太網通信電路原理圖；圖4為冗餘乙太網通信電路上層功能實現流程圖；圖5為多串口通信電路上層功能實現流程圖；圖6為本發明的數據轉發時序圖。
具體實施例方式
本發明是基於冗餘乙太網技術及多串口技術的數據轉發方案，相應的，本發明提供了一種數據轉發卡，所述數據轉發卡的功能在於將經由乙太網的來自主控卡的組態數據轉發給I/O卡件；將I/O卡件的實時數據發送到乙太網，最終到達主控卡。該裝置核心在於包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；乙太網通信單元，在所述運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
圖1示出了本發明提供的用於冗餘工業乙太網和多串口卡件間進行數據轉發的裝置的一個較佳實施例結構，參照該圖，具體對本發明的數據轉發卡結構進行說明。
高性能微處理器(CPU)U1，用於對外圍電路進行控制和信息處理。如圖，50M晶振X1，為CPU提供工作頻率，所示JTAG1為CPU程序下載接口。所述微處理器的具體功能在下文中結合數據轉發卡的其他部件一同說明。
冗餘配置的工業乙太網晶片U21和U22，與所述高性能微處理器U1連接，微處理器(CPU)通過片選線、地址總線、數據總線、讀寫控制總線等控制信號對兩路乙太網晶片進行訪問和控制。具體訪問控制方法參見圖3及相關說明。所述乙太網晶片負責通過RJ45乙太網接口(如圖中J21、J22)接收網絡上的數據包(乙太網系統冗餘配置時則接收乙太網的冗餘數據包)，如果正常接收到數據包則向微處理器(CPU)U1發起中斷請求，請求CPU對數據包進行處理；另一方面，在微處理器U1的控制下，冗餘工業乙太網晶片通過所述RJ45乙太網接口向乙太網發送冗餘數據包，圖中所示SBUS-S2總線為本實施例中冗餘乙太網網絡的代稱。
所述的工業乙太網晶片U21、U22支持組播技術，如現有8139等晶片均支持組播技術，通過配置其用於分組的硬體地址寄存器，能夠將節點加入分組，這樣對於發送給該組的組播數據包，加入其他組的數據轉發卡的乙太網晶片將不會接收。具體的，每個網絡可以組成64個組，每個節點可以隨時任意加入0個或多個組而不需要通知其他節點。當向一個組發送數據時，該組的所有成員都可以接收到數據，而不屬於該組的成員則不能接收到數據。因此，採用組播技術大大降低網絡負荷，提高網絡響應速度。
並且，藉由工業乙太網，數據轉發卡與主控卡的通信採用UDP/IP方式進行。不同的數據類型通過UDP套接口的不同進行區分，通過IP的標識區分是否為冗餘的同一包數據。具體的，數據轉發卡接收來自主控卡的數據包，在ARP層解析，如果是ARP請求，則返回ARP響應，如果不是ARP請求則檢查上一層協議，一直檢查到UDP協議，判斷該請求是實時命令還是診斷命令，在上層的應用程式中，對命令進行處理，對返回相應數據往下層打包，發送到乙太網中。若系統中的數據轉發卡為冗餘配置的情況下，處於備用狀態的數據轉發卡不返回數據。
如圖所示，本實施例中採用了1∶1熱冗餘的乙太網通信電路，即由U21和J21構成的第一乙太網通信電路，以及U22和J22構成的第二乙太網通信鏈路。數據轉發卡同時通過兩乙太網通信帶你路發送數據；在數據轉發卡需要接收數據時，兩乙太網通信電路都負責接收乙太網數據包，並且調用接收處理程序，過濾重複的數據包。如本領域技術人員所熟知，該冗餘乙太網通信電路部分還包括網絡變壓器以及相應的外圍電路部分，由於為習知技術，並未在圖中示出。
數據轉發卡通過乙太網晶片及接口接收來自網絡上的數據，微處理器U1調用診斷程序，判斷出地址重複、不冗餘的情況，通過該方法，數據轉發卡能夠對乙太網上的其他數據轉發卡進行地址衝突檢測，檢測出地址重複、地址不冗餘的情況。
快閃記憶體(Flash)U3，用於存放CPU的固化程序，CPU通過片選線、地址總線、數據總線、讀寫控制線等訪問和控制該Flash。
多串口晶片U4，帶8個異步串口，每個串口帶64位元組的發送/接收緩衝區，CPU通過片選線、地址總線、數據總線、讀寫控制線訪問和控制該器件。在微處理器U1的控制下對本地機籠內需要進行通訊的I/O卡件以串行通訊方式發送組態數據，等待I/O卡件的響應；並且，主動把接收到的I/O卡件實時數據放入相應的接收緩衝區，微處理器再對這些數據進行處理，最終通過乙太網晶片及接口將數據發送到乙太網，並藉由冗餘乙太網將實時數據發送到相應主控卡。
具體來說，微處理器配置該多串口通訊晶片的各個串口的通訊屬性，能夠根據I/O卡件的不同特點加以調整，由於各個串口帶有各自的發送/接收緩衝器，通過邏輯電路切換，能擴展多串口晶片的通信線路數，比如16路，32路等。CPU只需在啟動發送和從多串口晶片的接收緩衝中接收數據時參與工作。由於CPU一次可完成多個I/O卡件的通訊，而無需再逐一與I/O卡件進行通訊，因而減少了通信時間；其次，CPU不再直接與I/O卡件進行通訊，而是使用多串口晶片進行，因而大大減輕了CPU的負擔。
邏輯控制電路採用專門的CPLD晶片U5，通過編程，實現對I/O通道的切換，亦實現I/O通訊通道的控制和熱插拔的功能。。CPU通過片選線、數據線、讀寫控制線等來訪問和控制該器件，CPLD的I/O埠用來連接外圍的I/O通道。
具體的，CPLD接收來自微處理器的控制線和多串口晶片的控制線的信號，通過CPLD內部的邏輯電路1實現串口發送時不接收。通過編程，實現對自診斷通道的控制，CPLD接收來自微處理器的控制線和多串口晶片的控制線的信號，通過CPLD內部的邏輯電路2實現串口發送的同時接收，這樣形成了自診斷迴路控制。而且，採用該CPLD後，能夠實現在插拔數據轉發卡時，不影響串行通訊線的信號的完整性，能夠滿足工業控制現場對熱插拔的要求。
所述多串口晶片U4以及邏輯控制電路U5為本發明數據轉發卡的多串口通信電路部分的主要組成。多串口通信電路原理參照圖2及相應的說明。
圖中所示地址撥碼開關SW1用於確定該數據轉發卡在乙太網的IP位址。所示JTAG2為CPLD程序下載接口，所示SBUS-S1總線代表多串口數據總線，所述的串行通信通道上具有電壓保護電路，採用雙向二級管保護，以及MOS管開關，防止通信通道上出現過高或過低的電壓，以保護設備的安全。
看門狗晶片U6，負責對系統的運行狀態和電源進行監控，如系統工作不正常或電源不正常，將重新復位系統或使系統保證復位狀態一直到電源恢復到正常水平。
冗餘切換邏輯電路U7，該邏輯電路實現了一個聯動和互鎖機制，保證兩塊冗餘配置的數據轉發卡上電之後，只有一塊處於工作卡狀態。具體的，可使用74LS00構成所述的互鎖和聯動邏輯電路，保證在兩塊互為冗餘配置的數據轉發卡在上電時確定其中一塊為工作狀態，當系統中有兩個數據轉發卡互為備份時，使其中一個處於工作狀態，另一個保持為備用狀態。當處於工作狀態的數據轉發卡主動切換為備用狀態時，或通過按鈕手動切換為備用狀態，則另一原為備用狀態的數據轉發卡切換進入到工作狀態。如圖所示，切換開關K1為所述手動切換裝置，當數據轉發卡冗餘配置時，按下工作側數據轉發卡上的K1切換開關，數據轉發卡將發生切換。
串口1接口J1，用於兩塊冗餘配置的數據轉發卡之間的冗餘信息交互，即通過該串口在兩塊冗餘配置的數據轉發卡之間建立串行通信通道，通過所述串行通信通道能夠實現兩塊冗餘配置的數據轉發卡之間的冗餘信息的交互，比如卡件診斷信息、組態信息、地址檢查等等。工作數據轉發卡在出現故障的情況下，通過CPU的埠輸出相應電平，出讓工作權。所述冗餘切換邏輯電路U7和串口1接口J1為本發明數據轉發卡的冗餘切換電路部分的主要組成。
指示燈電路U8，實現對系統運行狀態的實時指示。
冗餘電源電路部分，如圖所示，該部分電路實現5V到3.3V和1.8V的轉化，3.3V給系統的主要晶片(如CPU的PIO管腳、多串口晶片、乙太網晶片、復位晶片、CPLD等)供電，1.8V給CPU的內核供電。另外5V用於串行通訊線的3.3V至5V的電平轉化。同時24V電源提供了MOS管開關控制信號，用來保證上電時系統先上電，通訊線和冗餘切換線後導通，保證了熱插拔的可靠性。
以上詳細說明了本發明數據轉發卡的結構，在該結構下，該數據轉發卡可進一步具備故障診斷及處理機制。故障診斷包括數據轉發卡對主要關鍵器件進行檢查，若出現器件故障，冗餘配置的數據轉發卡將通過冗餘切換電路主動進行切換，即工作卡切換到備用狀態，備用卡切換到工作卡狀態；數據轉發卡通過對網絡數據包的IP位址對網絡上的數據轉發卡的地址進行檢查，以及通過串口進行同一機籠內的I/O卡件地址檢查；判斷上述地址檢查中是否發現地址衝突，若出現地址衝突，數據轉發卡轉入地址衝突故障報警階段，此時不會進行和I/O卡件之間的通訊，不會發送實時數據和診斷數據給主控卡；地址衝突消除，數據轉發卡將回到正常狀態。
將以上結構的數據轉發卡進行冗餘配置時，備用狀態的數據轉發卡接收來自主控卡的實時命令，更新自己的實時IO組態數據，接收主控卡的診斷命令，返回診斷數據。由於一對冗餘的數據轉發卡連接在同一工業乙太網上，且加入了相同的組地址，因此，備用數據轉發卡可以接收到工作數據轉發卡的數據。備用數據轉發卡接收工作數據轉發卡的實時數據後，更新自己的實時數據區。
所述的數據轉發卡採用的數據交互機制，通過優先級的設置保證優先與I/O卡件的通訊，在完成與I/O卡件的通訊的前提下，對乙太網數據進行處理。
參照圖2，說明本發明多串口通信電路原理。微處理器(U1)和該多串口晶片(U4)採用Intel總線時序，微處理器通過地址總線(8位)、數據總線(8位)以及讀寫控制信號線及其他控制線，實現對多串口晶片的控制。
多串口晶片(U4)具有8串口，每個串口的TX，RX和RTS分別連到CPLD(U5)的晶片，每路I/O串行信號經匹配電阻(阻值取22Ω或33Ω，防止信號的反射)再進入CPLD的I/O埠，在該通道上，採用兩個二極體用於保護信號，使信號不至於過大(＞5V)，不至於過小(＜0V)。
微處理器提供了若干I/O通信控制信號(如擴展信號、自檢信號等)，通過這些信號實現多個I/O通道之間的切換，以及與I/O卡件之間通訊的擴展；還能構成與I/O通訊通道的自檢迴路，對I/O通訊通道的狀況進行檢查和處理。
微處理器提供了一個中斷用於多串晶片口和外圍I/O卡件通訊中的通訊中斷，由於8個串口共用1個中斷，產生中斷後，微處理器對多串口晶片的中斷寄存器進行巡檢，確定產生中斷的串口。微處理器定時向多串口晶片的串口的發送緩衝區寫入發送數據。
多串口晶片與I/O卡件通訊的方式具體為多串口晶片啟用了自動RS-485模式，該模式下，當接收保持寄存器(THR)有數據或發送先入先出緩衝區(FIFO)有數據時，多串口晶片的RTS線為高電平；當THR為空或發送FIFO為空時，多串口晶片的RTS線為低電平；通過RTS和微處理器的通道控制線、選通控制線實現發送的時候不會接收，發送完畢自動轉為接收模式，把接收到的數據放入接收緩衝區；預置一個等待超時，時間到，CPU將主動從多串口晶片的每個接收緩衝區中取接收數據，進而對接收的數據進行判斷。為了提高I/O通訊的可靠性，還可加入重發機制，連續在預置的次數內通信失敗，即認為通信故障。
圖3為本發明乙太網通信電路原理圖。參照該圖，微處理器和該乙太網晶片之間的連接採用80186配置模式，微處理器通過地址總線(10位)、數據總線(16位)以及讀寫控制信號線和中斷線等實現對乙太網晶片的控制。乙太網晶片經由乙太網變壓器，並最終通過RJ45乙太網接口接收或發送數據包。
在本發明的數據轉發卡的機構特徵下，數據轉發卡可以通過兩乙太網晶片分別接收主控卡在冗餘的兩路乙太網上所發送相同的數據包。若兩乙太網晶片分別正確接收到來自主控卡的數據包，將產生中斷通知微處理器加以處理。兩路以太晶片對接收來自主控卡的數據包存放到自己的片內SRAM(8K*16bit)中，微處理器通過數據、地址總線來讀取乙太網晶片接收到的乙太網數據包。乙太網數據處理程序首先對數據包進行過濾，獲得正確的數據包，CPU對乙太網數據包採用先入先出的方法，同時設置了冗餘標誌，冗餘的數據包在IP層具有相同的標識，CPU判斷當前數據包與上一包數據的標識是否一致，以確定是否是冗餘的一包數據，若標識一致，則認為兩包的數據內容相同，即該數據包冗餘，將被捨棄。
對應於上文所述乙太網通信電路原理，圖4所示為冗餘乙太網通信電路上層功能實現流程圖。
步驟41數據轉發卡(包括工作數據轉發卡和備用數據轉發卡)接收來自乙太網任務管道(作業系統的資源)的信息，若沒有接收，則進行步驟42，否則進行步驟43；步驟42乙太網任務被掛起；步驟43判斷信息標識是否為接收標誌，若是則進行步驟44；否則判斷所述信息標識為何種發送標識，若為發送標誌(SendDataFlag)則進行步驟45；若為發送診斷標誌(SendDiagFlag)，則進行步驟46；若為發送ARP數據包標誌(SendArpFlag)，則進行步驟47；步驟44對接收的乙太網數據包進行處理；步驟45對於工作狀態數據轉發卡，發送I/O卡件的實時數據包，備用狀態數據轉發卡不進行任何處理；步驟46工作狀態數據轉發卡對乙太網通道進行診斷處理，並對機籠內卡件故障判斷及處理；即對兩路乙太網絡的連接狀態、兩塊乙太網晶片的工作狀態進行自檢，並進行相應的處理；步驟47發送ARP數據包。
乙太網接收程序首先對乙太網數據包的幀類型進行區分，區分出ARP數據包和IP數據包，若為ARP請求數據包，經檢查無錯則發送ARP應答包。對IP數據包的處理，又分成PING和UDP兩類，UDP的處理靠UDP埠號來處理。
對應於上文所述多串口通信電路原理，圖5為本發明的多串口通信電路上層功能實現流程圖。
參照該圖可知，工作卡接收來自I/O任務的管道的信息，工作卡接收來自I/O任務的管道的信號，若沒有則I/O通訊任務將掛起；若有I/O任務管道信息，則當所述管道信息為I/O通訊標誌時，執行I/O卡件通信；當所述管道信息為I/O診斷標誌時，則進行I/O卡件診斷。
參照圖6，考慮到串口緩衝區的相對偏小，數據轉發卡必須優先完成與IO卡件的通訊。T為數據轉發卡與IO卡件的通訊周期；t0為通訊起始時刻，此時數據轉發卡下發數據；t1開始是數據轉發卡開始接收從IO返回的數據；t2時刻通訊結束，開始執行其它任務。因此IO卡件返回數據的時間在[t1，t2]之內。
數據轉發卡用於將經由乙太網來自主控卡的組態數據轉發給I/O卡件，將I/O卡件的實時數據轉發給主控卡。所述組態數據和實時數據就是公共數據，而這些數據同時被乙太網通訊程序和I/O通訊程序使用，即產生了公共數據的交互，在所述公共數據交互過程中，兩個程序可能會發生衝突，進而本發明中可進一步採用信號量機制防止衝突的產生。
以上為本發明的數據轉發卡的較佳實施例，本領域技術人員仍可根據業務的具體需求，減少該裝置中的部件，如看門狗晶片、指示燈電路等，或者增加其他功能單元與本裝置連接。並且，在本發明的實施例中，涉及雙冗餘配置的數據轉發卡以及雙冗餘的乙太網通信單元，本領域技術人員可根據具體需要進行系統或功能單元的冗餘配置。
本發明還提供了一種數據通信系統，該系統採用本發明所提供的數據轉發卡。具體的，該系統包括冗餘乙太網系統；本發明提供的數據轉發卡，其核心包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；冗餘配置的乙太網通信單元，分別與冗餘的乙太網系統連接，在運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
在上述數據通信系統的基礎上，數據通信系統中的數據轉發卡為雙冗餘配置，每一數據轉發卡均與乙太網系統連接；則所述數據轉發裝置中進一步包括冗餘切換電路，與運算單元連接，包括邏輯電路和串行通信通道，控制冗餘的數據轉發裝置中的一個處於工作狀態，另一個處於備用狀態；所述串行通道用於冗餘配置的兩數據轉發裝置之間的信息交互。
本發明所提供的數據通信系統中還可以進一步包括主控卡，與乙太網系統連接，藉由乙太網與數據轉發裝置進行數據交互；I/O卡件，與數據轉發裝置的多串口通信單元連接，實現與數據轉發裝置的數據交互。
以上對本發明所提供的一種基於乙太網和串行通信技術的數據轉發裝置及系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種數據轉發裝置，其特徵在於，包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；乙太網通信單元，在所述運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
2.如權利要求1所述的數據轉發裝置，其特徵在於所述乙太網通信單元為雙冗餘配置，兩個乙太網通信單元分別在運算單元的控制下，同時進行數據發送和接收的處理。
3.如權利要求1或2所述的數據轉發裝置，其特徵在於，還包括冗餘切換電路，與運算單元連接，包括邏輯電路和串行通信通道，當數據轉發裝置冗餘配置時，所述邏輯電路控制冗餘數據轉發裝置中的一個處於工作狀態，其餘處於備用狀態；所述串行通道用於冗餘配置的兩數據轉發裝置之間的信息交互。
4.如權利要求3所述的數據轉發裝置，其特徵在於所述冗餘切換電路進一步包括切換開關，提供人工觸發冗餘數據轉發裝置工作狀態的切換。
5.如權利要求1或2所述的數據轉發裝置，其特徵在於所述乙太網通信單元支持組播技術。
6.如權利要求1或2所述的數據轉發裝置，其特徵在於，還包括看門狗晶片，對系統的運行狀態和電源進行監控。
7.如權利要求6所述的數據轉發裝置，其特徵在於，還包括指示燈電路，對系統運行狀態進行實時指示。
8.一種採用如權利要求1所述數據轉發裝置的數據通信系統，其特徵在於，包括冗餘乙太網系統；數據轉發裝置，包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；冗餘配置的乙太網通信單元，分別與冗餘的乙太網系統連接，在運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。
9.如權利要求8所述的數據通信系統，其特徵在於所述數據通信系統中包括雙冗餘配置的數據轉發裝置，均與乙太網連接；所述數據轉發裝置中進一步包括冗餘切換電路，與運算單元連接，包括邏輯電路和串行通信通道，控制冗餘的數據轉發裝置中的一個處於工作狀態，另一個處於備用狀態；所述串行通道用於冗餘配置的兩數據轉發裝置之間的信息交互。
10.如權利要求8或9所述的數據通信系統，其特徵在於，該系統進一步包括主控卡，與乙太網系統連接，藉由乙太網與數據轉發裝置進行數據交互；I/O卡件，與數據轉發裝置的多串口通信單元連接，實現與數據轉發裝置的數據交互。
全文摘要
本發明涉及一種基於乙太網和串行通信技術的數據轉發裝置及系統。所述裝置包括運算單元，包括微處理器，用於對數據進行處理和進行電路實時控制；乙太網通信單元，在所述運算單元的控制下，向乙太網發送或從乙太網接收數據；多串口通信單元，包括多串口晶片以及邏輯控制電路，在所述運算單元的控制下實現與I/O卡件的數據交互；所述邏輯控制電路接收所述運算單元及多串口晶片的控制信號，進行多串口晶片I/O通道的切換，控制串行接口進行數據的發送/接收；電源電路，用於給所述數據轉發裝置中器件供電。本發明減輕了微處理器的負荷，提高了數據轉發效率；與現有技術相比，本發明在控制系統網絡規模、可靠性、響應速度等方面有很大的提高。
文檔編號H04L29/08GK1777137SQ20051012765
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月2日 優先權日2005年12月2日
發明者木建雷, 陸衛軍, 章維 申請人:浙江中控技術有限公司