技术领域
[0001] 本
发明涉及工业自动化领域，具体涉及一种高可靠机箱背板通信系统，还涉及该高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法和从设备冗余通信方法。
背景技术
[0002] 目前，机箱式架构的分布式控制设备有利于开发人员快速响应市场需求，通过不同板卡的灵活组合来实现客户不同的需求，对于提升产品的生命周期和
质量有着非常巨大的作用。
[0003] 在机箱式架构的分布式控制设备中，必须有一套内部交互机制来实现所有板卡间的数据交换。通常情况下，采用一种
背板总线来实现所有板卡间的数据交换。然而，当此背板总线出现通信故障时，上述分布式控制设备内部无法正常运行。可见，在机箱制式工业控制产品单一背板通信模式下，背板通信可靠性低。
[0004] 基于此，亟需一种高可靠机箱背板通信系统，以解决机箱制式工业控制产品单一背板通信模式下背板通信可靠性低的问题。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是：
现有技术中机箱制式工业控制产品采用单一背板通信模式，背板通信可靠性低。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种高可靠机箱背板通信系统及其主设备冗余通信方法、从设备冗余通信方法。
[0007] 根据本发明的一个方面，涉及一种高可靠机箱背板通信系统，其包括主设备、从设备、第一通信总线和第二通信总线，所述主设备分别通过所述第一通信总线和所述第二通信总线与所述从设备进行通信，所述第一和第二通信总线互为热备份。
[0008] 优选的是，上述高可靠机箱背板通信系统还包括状态监视器，该状态监视器用于监视所述第一和第二通信总线的通信状态并将监视结果反馈至所述主设备或所述从设备，以使所述主设备或所述从设备根据所述监视结果控制该主设备或所述从设备与其它设备之间的通信。
[0009] 优选的是，所述第一通信总线为RS485总线，所述第二通信总线为
PCI总线。
[0010] 优选的是，所述PCI总线的可信度高于所述RS485总线的可信度。
[0011] 根据本发明的另一方面，涉及上述高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法，其中，在所述主设备和所述从设备上实现了状态监视器，该状态监视器对所述第一、第二通信总线上其它设备的通信状态进行监视，
[0012] 所述主设备根据所述监视结果确定与每个所述从设备的通信链路，所述通信链路为所述第一和第二通信总线中的一种或全部；
[0013] 所述主设备经由所述通信链路与每个所述从设备进行数据通信。
[0014] 优选的是，所述主设备根据所述监视结果确定与每个所述从设备的可信通信链路，包括：
[0015] 当所述监视结果指示所述第一或第二通信总线发生故障时，所述主设备将未发生故障的通信总线作为与对应所述从设备的可信通信链路；
[0016] 当所述监视结果指示所述第一和第二通信总线均发生故障时，所述主设备确定与所述从设备通信故障并终止与所示从设备之间的通信；
[0017] 当所述监视结果指示所述第一和第二通信总线均未发生故障时，所述主设备将所述第一和第二通信总线作为所述通信链路，并分别利用所述第一和第二通信总线与所述从设备进行通信。
[0018] 优选的是，所述第一通信总线为RS485总线，所述第二通信总线为PCI总线，[0019] 当将所述第一和第二通信总线作为所述通信链路时，所述主设备分别利用所述第一和第二通信总线与所述从设备进行通信，并优先信任所述第二通信总线上所述从设备传递过来的数据。
[0020] 根据本发明的再一方面，涉及上述高可靠机箱背板通信系统的从设备冗余通信方法，其包括：
[0021] 每个所述从设备状态监视器监视与所述主设备的第一通信总线和第二通信总线的通信状态；
[0022] 每个所述从设备根据所述监视结果确定通信链路，所述通信链路为所述第一和第二通信总线中的一种或全部；
[0023] 每个所述从设备经由所述通信链路与所述主设备进行数据通信。
[0024] 优选的是，每个所述从设备根据所述监视结果确定与所述主设备的可信通信链路，包括：
[0025] 当所述监视结果指示所述第一或第二通信总线发生故障时，所述从设备将未发生故障的通信总线作为与所述主设备的可信通信链路；
[0026] 当所述监视结果指示所述第一和第二通信总线均发生故障时，所述从设备确定与所述主设备通信故障并终止与所述主设备之间的通信；
[0027] 当所述监视结果指示所述第一和第二通信总线均未发生故障时，所述从设备将所述第一和第二通信总线作为所述通信链路，并分别利用所述第一和第二通信总线与所述主设备进行通信。
[0028] 优选的是，所述第一通信总线为RS485总线，所述第二通信总线为PCI总线，[0029] 当将所述第一和第二通信总线作为所述通信链路时，所述从设备分别利用所述第一和第二通信总线与所述主设备进行通信，并优先信任所述第二通信总线上所述主设备传递过来的数据。
[0030] 与现有技术相比，上述方案中的一个或多个
实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0031] 应用本发明的高可靠机箱背板通信系统，主设备通过互为热备冗余的两个通信总线与各个从设备进行通信，当一个通信总线出现故障时，可以快速无缝地切换并信任处于热备状态的另一通信总线，从而保证了主设备与从设备之间通信的可靠性，从而达到提高机箱背板通信系统可靠性的目的。
附图说明
[0032] 通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：
[0033] 图1示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的总线拓扑示意图；
[0034] 图2示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的设备整体
框架示意图；
[0035] 图3示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的系统运行时序示意图；
[0036] 图4示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法的流程示意图；
[0037] 图5示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的从设备冗余通信方法的流程示意图。
具体实施方式
[0038] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0039] 在详细阐述本发明的各个实施例之前，先对与本发明相关的现有技术进行简要说明。
[0040] 在现有技术中，机箱制式工业控制产品采用单一背板通信模式，背板通信可靠性低。为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高可靠机箱背板通信系统及其通信方法。下面结合附图对本发明的各个实施例进行详细阐述。
[0041] 实施例一
[0042] 本实施例的高可靠机箱背板通信系统主要包括主设备、从设备、第一通信总线、第二通信总线和状态监视器。这里，第一通信总线优选为RS485总线，第二通信总线优选为PCI总线。主设备分别通过RS485总线和PCI总线与各个从设备电连接。RS485总线和PCI总线这两种通信方式互为冗余，且这两种通信方式互为冗余热备份。优选地，PCI总线的可信度高于RS485总线的可信度，主设备与从设备之间的通信优先利用PCI总线进行。状态监视器分别与RS485总线、PCI总线和主设备电连接，用于监视RS485总线和PCI总线的状态并将监视结果反馈至主设备，以使主设备根据监视结果控制主设备与各个从设备之间的通信。
[0043] 具体地，机箱背板RS485总线为一对多的组网方式。主控板为背板RS485总线的主设备，主设备通过发送主
帧实现时序管理、主从通信等功能。受控于主设备的其他设备均为从设备，从设备侦听背板RS485总线上的主帧，识别并回应发送给自己的主帧。
[0044] PCI总线也为一对多的组网方式。主控板为背板PCI总线的主设备，主设备通过PCI总线
访问每个从板(即从设备)的RAM存储空间，来完成数据传输功能。
[0045] 图1示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的总线拓扑示意图。如图1所示，在主设备中，CPU通过CPU UART
控制器和RS485收发器与RS485总线连接，CPU还通过FPGA RAM和FPGA PCI控制器与PCI总线连接。从设备1为CPU类从设备，其中，CPU通过CPU UART控制器和RS485收发器与RS485总线连接，CPU还通过FPGA RAM和FPGA PCI控制器与PCI总线连接。从设备2为FPGA类从设备，其中，FPGA通过RS485收发器与RS485总线连接，FPGA还通过FPGA RAM和FPGA PCI控制器与PCI总线连接。。
[0046] 图2示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的设备整体框架示意图。在图2中，FPGA_RS485为RS485IP核，其负责RS485通信协议实现、负责主帧侦听和回应。FPGA_PCI为PCI IP核，其负责PCI通信实现。RS485_DPRAM为FPGA实现的DPRAM，其可供FPGA_RS485和FPGA_IO读写，需要防冲突机制。PCI_DPRAM为FPGA实现的DPRAM，其可供FPGA_PCI和FPGA_IO读写，需要防冲突机制。状态监视器(MONITOR)负责PCI通信和RS485通信状态监视，其根据状态信息确定可信通信方式。FPGA_IO为FPGA实现的IO
数据处理程序，其从状态监视器提供的可信通信方式中提取数据并进行输出。CPU_RS485为CPU实现的RS485协议，其负责RS485通信协议实现、负责主帧侦听和回应。RAM为内存。GATE_WAY为RS485转XXX(如MVB、WTB、CAN等等)网关程序，其从状态监控器提供的可信通信方式中提取数据并进行通信转换。
[0047] 应用本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统，主设备通过互为热备冗余的两个通信总线与各个从设备进行通信，当一个通信总线出现故障时，可以快速无缝地切换并信任处于热备状态的另一通信总线，从而保证了主设备与从设备之间通信的可靠性，从而达到提高机箱背板通信系统可靠性的目的。
[0048] 实施例二
[0049] 本实施例涉及实施一的高可靠机箱背板通信系统的通信方法，具体包括该高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法和从设备冗余通信方法。
[0050] 在详细说明以上两种通信方法之前，首先就高可靠机箱背板通信系统的RS485时序管理进行说明。
[0051] 图3示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的系统运行时序示意图。如图3所示，主设备每4毫秒轮询1个从设备，从设备接收成功发送给自己的主帧后最快0.6毫秒、最慢1.2毫秒后发送回应帧，主设备轮询完所有从设备后立刻开始下一轮从设备的轮询。
[0052] 具体地，主设备通过主帧中“上层报文”的报文头控制从设备的回应方式，上层报文固定为46字节，报文格式如下表所示：
[0053] 表1
[0054]1-6 --
报文头 数据
[0055] 如表1所示，报文头包含从设备的回应控制字段、FPGA_DPRAM访问控制字段，固定为6字节。数据包括主设备、从设备需要交互的数据，CPU类从设备最大可传150字节，IO板最大可传70字节。
[0056] 报文头格式及其定义如下表所示：
[0057] 表2
[0058]1 2 3 4 5 6
报文类型 保留 写地址 写长度 读地址 读长度
[0059] 如表2所示，报文类型：0X01/0X10/0X11分别对应数据报文/
请求报文/数据请求报文。其中，数据报文为主设备纯粹向从设备发送数据，从设备不需要回应。请求报文为主设备纯粹向从设备请求数据，从设备需要回应。数据请求报文为主设备向从设备发送数据并请求数据，从设备需要回应。这里，从设备的回应报文需要将该字段填写成0X01。表2中的写地址为写数据的FPGA_DPRAM起始地址，“报文类型”为“数据报文”或“数据请求报文”时该字段有效。这里，从设备的回应报文中该字段无效。表2中的写长度为写数据的长度，“报文类型”为“数据报文”或“数据请求报文”时该字段有效。这里，从设备的回应报文中该字段无效。表2中的读地址表示读数据的FPGA_DPRAM起始地址，“报文类型”为“请求报文”或“数据请求报文”时该字段有效。这里，从设备的回应报文中该字段填写成主设备发过来的该字段。表2中的读长度表示读数据的长度，“报文类型”为“请求报文”或“数据请求报文”时该字段有效。这里，从设备的回应报文中该字段填写成主设备发过来的该字段。
[0060] 图4示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法的流程示意图。如图4所示，本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的主设备冗余通信方法，主要包括步骤S101至步骤S103。
[0061] 在步骤S101中，状态监视器监视均与主设备电连接的RS485总线和PCI总线的状态，并将监视结果反馈至主设备。
[0062] 在步骤S102中，主设备根据监视结果确定通信链路，通信链路为RS485总线和PCI总线中的一种或全部。这里，当监视结果指示第一或第二通信总线发生故障时，主设备将未发生故障的通信总线作为通信链路。当监视结果指示第一和第二通信总线均发生故障时，主设备确定通信故障并终止通信。当监视结果指示第一和第二通信总线均未发生故障时，主设备将第一和第二通信总线作为通信链路，并分别利用第一和第二通信总线与从设备进行通信，并优先利用第二通信总线与从设备进行通信。
[0063] 在步骤S103中，主设备经由通信链路与电连接至RS485总线和PCI总线的从设备进行通信。
[0064] 值得注意的是，主设备的PCI通信和RS485通信冗余机制由底层
软件实现，对上层应用完全透明并提供
接口获取当前信任哪种通信方式。主设备对PCI通信和RS485通信进行热备冗余。主设备发送给从设备的数据与冗余无关，即不管当前信任哪种通信方式、不管通信状态如何，主设备都必需将数据通过PCI通信和RS485通信同时发送给从设备。主设备启动完成后，对从设备的PCI通信和RS485通信进行状态监视，确定当前可信的通信方式，并将可信通信方式的数据提供给上层应用。如果PCI通信和RS485通信同时故障，则通信故障；如果PCI通信和RS485通信只有一种通信正常，则信任该种通信；如果PCI通信和RS485通信都正常，则优先信任PCI通信。
[0065] 图5示出了根据本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的从设备冗余通信方法的流程示意图。如图5所示，本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的从设备冗余通信方法，主要包括步骤S201至步骤S203。
[0066] 在步骤S201中，状态监视器监视均与从设备电连接的第一通信总线和第二通信总线的状态，并将监视结果反馈至从设备。
[0067] 在步骤S202中，从设备根据监视结果确定通信链路，通信链路为第一和第二通信总线中的一种或全部。这里，当监视结果指示第一或第二通信总线发生故障时，从设备将未发生故障的通信总线作为通信链路。当监视结果指示第一和第二通信总线均发生故障时，从设备确定通信故障并终止通信。当监视结果指示第一和第二通信总线均未发生故障时，从设备将第一和第二通信总线作为通信链路，并分别利用第一和第二通信总线与主设备进行通信，并优先利用第二通信总线与主设备进行通信。
[0068] 在步骤S203中，从设备经由通信链路与电连接至第一和第二通信总线的主设备进行通信。
[0069] 值得注意的是，从设备的PCI通信和RS485通信冗余机制由状态监视器、FPGA_IO(或GATE_WAY)二者联合实现。从设备对PCI通信和RS485通信进行热备冗余。从设备发送给主设备的数据与冗余无关，即不管当前信任哪种通信方式、不管通信状态如何，从设备都必需将数据通过PCI通信和RS485通信同时发送给主设备。从设备启动完成后，状态监视器对主设备的PCI通信和RS485通信进行状态监视并确定当前可信的通信方式。如果PCI通信和RS485通信同时故障，则通信故障；如果PCI通信和RS485通信只有一种通信正常，则信任该种通信；如果PCI通信和RS485通信都正常，则优先信任PCI通信。
[0070] 应用本发明实施例的高可靠机箱背板通信系统的通信方法，主设备通过互为热备冗余的两个通信总线与各个从设备进行通信，当一个通信总线出现故障时，可以快速无缝地切换并信任处于热备状态的另一通信总线，从而保证了主设备与从设备之间通信的可靠性，从而达到提高机箱背板通信系统可靠性的目的。
[0071] 虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的
修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的
权利要求书所界定的范围为准。
