工业以太网实时数据传输和交换电路
专利汇可以提供工业以太网实时数据传输和交换电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及工业自动化控制以太网数据传输和交换技术领域，具体为一种工业以太网实时数据传输和交换 电路 。本方案通过在现场各 节点 处( 站点 )设置FPGA可编程 控制器 ，而可编程控制器通过编程构成第一缓存器、第二缓存器和一个二选一发送逻辑。这样的电路将原来的交换 机芯 片隔离在以太网数据环网以外，从而保证了数据在以太环网上传输的畅通性，省掉了每经一个节点都需校验，存储，转发，等待的过程。同时用以太网数据环网里的实时控制信息来调节每个节点的数据流量和优先级，从 硬件 和 软件 结合上保证以太网数据在环上传输的实时性，改进后以太网数据经过网中每个节点的时延通常小于10微秒，达到国际领先 水 平。，下面是工业以太网实时数据传输和交换电路专利的具体信息内容。
1、一种工业以太网实时数据传输和交换电路，包括以太网以及设在以太网 各交换节点处的以太网交换机，其特征在于：在每个以太网交换节点处设有 FPGA可编程控制器，该FPGA可编程控制器通过编程包含第一缓存器、第 二缓存器和一个二选一发送逻辑，其中，第一缓存器的数据输入端口经接口电 路连接上一交换节点的数据输出端口，用于缓存上一交换节点传来的数据队 列，第一缓存器的数据输出端口一方面连接二选一发送逻辑的第一输入端口， 另一方面连接本交换节点的以太网交换机的数据输入端口；第二缓存器的数据 输入端口连接本交换节点的以太网交换机的数据输出端口，用于缓存交换机传 来的数据队列，第二缓存器的数据输出端口连接二选一发送逻辑的第二输入端 口；二选一发送逻辑的输出端口经接口电路连接下一交换节点的数据输入端 口；本交换节点的以太网交换机通过输入输出接口与监控中心设备或现场控制 设备连接，以此建立以太网数据环网。
2、根据权利要求1所述的工业以太网实时数据传输和交换电路，其特征在 于：所述以太网传输线路采用光纤，第一缓存器的数据输入端口与上一交换节 点数据输出端口之间由型号为RTL8201的PHY接口芯片和光收发模块构成 接口电路；二选一发送逻辑输出端口与下一交换节点数据输入端口由型号为 RTL8201的PHY接口芯片和光收发模块构成接口电路；FPGA可编程控制器 的型号为EP1C6。
3、根据权利要求2所述的工业以太网实时数据传输和交换电路，其特征在 于：还包括型号为W77E58的MCU微处理器，MCU微处理器经总线接口与 型号为EP1C6的可编程控制器连接，MCU微处理器经SPI接口与以太网交 换机芯片连接，MCU微处理器由型号为MAX3222芯片的网管接口与另一操 控的电脑连接。
4、根据权利要求3所述的工业以太网实时数据传输和交换电路，其特征在 于：所述的以太网交换机芯片的型号为BCM5328；MCU微处理器由I2C接 口接一FLASH快闪存储器；EP1C6的可编程控制器通过接口与型号为 IS61LV6416的DRAM存储器连接。
技术领域
本实用新型涉及工业自动化控制网络中的以太网数据传输和交换技术 领域，具体涉及工业以太网实时数据传输和交换电路。
背景技术
目前，工业以太网都采用把分布在现场各站点的以太网交换机级联组成 控制网络的做法，而站点的以太网交换机只是在原有的民用以太网交换机 基础上进行了一些性能改进，整个网络的数据传输和交换是依靠各个以太 网交换机接力转发实现的。所以数据在经过每个以太网交换机时都会经过 校验，存储，转发，等待的过程，产生较大的延时。当网络节点数增加， 数据在传输和交换过程中延时的时间更长，因而实时性比较差，大的时延 往往在工业自动化控制中会产生难以预料的严重后果。如电网发生接地故 障，而控制数据却不能及时断开相关闸刀；比如矿井下瓦斯接近超标，而 控制数据却不能及时启动排风设备；比如印刷设备不同步，图像毕定会错 位等，这都会给生产和人员安全造成重大损失。因此，在工业控制现场， 监控数据传输和交换的实时性是工业以太网数据传输和交换的关键指标。 为此，如何提高现有工业以太网数据传输和交换的实时性是本实用新型研 究的问题。
发明内容
本实用新型提供一种工业以太网实时数据传输和交换电路，其目的是要 解决现有工业以太网数据传输和交换实时性问题，即把工业控制数据经过 以太网网络中的每个交换机节点的传输及交换的延时降到最小，大大提高 网络数据传输的实时性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种工业以太网实时 数据传输和交换电路，包括以太网以及设在以太网各交换节点处的以太网 交换机，其创新在于：在每个以太网交换节点处设有FPGA可编程控制器， 该FPGA可编程控制器通过编程包含第一缓存器、第二缓存器和一个二选 一发送逻辑，其中，第一缓存器的数据输入端口经接口电路连接上一交换 节点的数据输出端口，用于缓存上一交换节点传来的数据队列，第一缓存 器的数据输出端口一方面连接二选一发送逻辑的第一输入端口，另一方面 连接本交换节点的以太网交换机的数据输入端口；第二缓存器的数据输入 端口连接本交换节点的以太网交换机的数据输出端口，用于缓存交换机传 来的数据队列，第二缓存器的数据输出端口连接二选一发送逻辑的第二输 入端口；二选一发送逻辑的输出端口经接口电路连接下一交换节点的数据 输入端口；本交换节点的以太网交换机通过输入输出接口与监控中心设备 或现场控制设备连接，以此建立以太网数据环网。
本实用新型设计原理是：本方案通过在现场各节点处(站点)设置FPGA 可编程控制器，而可编程控制器通过编程构成第一缓存器、第二缓存器和 一个二选一发送逻辑。这样的电路将原来的交换机芯片隔离在以太网数据 环网以外，从而保证了数据在以太环网上传输的畅通性，省掉了每经一个 节点都需校验，存储，转发，等待的过程。同时用以太网数据环网里的实 时控制信息来调节每个节点的数据流量和优先级，从硬件和软件结合上保 证以太网数据在环上传输的实时性。
数据流量和优先级的条件是(即节点信息交换方式)：
1、当第一缓存器和第二缓存器同时无数据时，二选一发送逻辑选通第 一缓存器；
2、当第一缓存器和第二缓存器同时有数据时，二选一发送逻辑选通第 一缓存器；
3、当第一缓存器有数据，而第二缓存器无数据时，二选一发送逻辑选 通第一缓存器；
4、当第一缓存器无数据，而第二缓存器有数据时，二选一发送逻辑选 通第二缓存器。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比在工业以太网数据 传输和交换的实时性方面取得了以太网数据经过网中每个节点的时延通常 小于10微秒的成果，达到国际领先水平。
附图说明
附图1为传统工业以太网交换组网图；
附图2为传统工业以太网交换机简图；
附图3为本实用新型工业以太网交换机组网图；
附图4为本实用新型工业以太网交换机简图；
附图5为本实用新型工业以太网节点实时数据传输和交换原理图；
附图6为本实用新型工业以太网节点实时数据传输和交换电路框图。
具体实施方式
实施例：参见附图3所示，一种工业以太网实时数据传输和交换电路， 由以太网(有A、B、C、D、E、F六个节点)、环网处理及交换逻辑电路、 交换芯片三部构成。在每个以太网交换节点处的环网处理及交换逻辑电路 主要由一个型号为EP1C6的FPGA可编程控制器和一个型号为W77E58 的MCU微处理器构成，见图4所示。FPGA可编程控制器通过编程内部构 成第一缓存器FIFO1、第二缓存器FIFO2和一个二选一发送逻辑MUX(见 图5所示)。其中，第一缓存器FIFO1的数据输入端口通过一个型号为 RTL8201的PHY接口芯片和光收发模块构成的接口电路与上一交换节点 的数据输出端口连接，用于缓存上一交换节点传来的数据队列(见图6所 示)。第一缓存器FIFO1的数据输出端口一方面连接二选一发送逻辑MUX 的第一输入端口，另一方面通过MII接口连接本交换节点的型号为 BCM5328的以太网交换芯片数据输入端口。第二缓存器FIFO2的数据输 入端口与本交换节点型号为BCM5328的以太网交换芯片的数据输出端口， 用于缓存该以太网交换芯片传来的数据队列，第二缓存器FIFO2的数据输 出端口连接二选一发送逻辑MUX的第二输入端口。二选一发送逻辑MUX 输出端口通过一个型号为RTL8201的PHY接口芯片和光收发模块构成的 接口电路与下一交换节点的数据输入端口连接。本交换节点的以太网交换 芯片通过MDI接口与监控中心设备或现场控制设备连接，以此建立以太网 数据环网。
MCU微处理器经总线接口与型号为EP1C6的可编程控制器连接，MCU 微处理器经SPI接口与以太网交换机芯片连接，MCU微处理器由型号为 MAX3222的网管接口与另一操控的电脑连接。MCU微处理器由I2C接口 接一4K的FLASH快闪存储器。EP1C6的可编程控制器通过接口与型号为 IS61LV6416的DRAM存储器连接。
工作时，从光纤线路上过来的以太网数据包经过第一缓存器FIFO1队 列将数据缓存，并判断此数据包的流向，若数据无效，则丢弃；否则接收 转发给本地以太网交换芯片，并直接通过二选一发送逻辑MUX发送到光 纤上。二选一发送逻辑MUX为无延时选择发送，根据第一缓存器FIFO1、 第二缓存器FIFO2这两个队列的情况有选择地控制发送到光传输线路上。 通过一个FIFO队列将本地以太网数据缓存，根据数据优先级控制等待向 二选一发送逻辑MUX发送。优先原则如下：
1、当第一缓存器FIFO1和第二缓存器FIFO2同时无数据时，二选一发 送逻辑MUX选通第一缓存器FIFO1；
2、当第一缓存器FIFO1和第二缓存器FIFO2同时有数据时，二选一发 送逻辑MUX选通第一缓存器FIFO1；
3、当第一缓存器FIFO1有数据，而第二缓存器FIFO2无数据时，二选 一发送逻辑MUX选通第一缓存器FIFO1；
4、当第一缓存器FIFO1无数据，而第二缓存器FIFO2有数据时，二选 一发送逻辑MUX选通第二缓存器FIFO2。
从以上内容可以得出：一个以太网数据包经过一个工业以太环网上的节 点时，不需经过该节点的交换芯片。所以延时只有在第一缓存器FIFO1上， 通常延时大概在几微妙。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉 此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制 本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修 饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 显示面板的控制电路及控制方法、显示装置 | 2020-05-08 | 298 |
| 加速器时序及快速机器保护一体化系统的主逻辑插件 | 2020-05-08 | 885 |
| 一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置 | 2020-05-08 | 512 |
| 可插拔式存储装置和具有该装置的硬件平台 | 2020-05-08 | 719 |
| 基于身份信息的加密密钥管理 | 2020-05-08 | 281 |
| 一种紧凑型外设互联总线控制系统 | 2020-05-11 | 354 |
| PON系统保护倒换信息传递方法及系统 | 2020-05-08 | 465 |
| 基于无线电能传输技术的电池组均衡装置 | 2020-05-11 | 113 |
| 一种FPGA高速收发器及其动态控制方法 | 2020-05-11 | 813 |
| 导控组件及导控系统 | 2020-05-11 | 574 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
