支持鏈路冗余的雙線EtherCAT協議轉換方法及裝置與流程

本發明涉及自動化技術領域，尤其涉及一種支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法及裝置。

背景技術：

目前，以太網控制自動化技術(ethernetcontrolautomationtechnology，以下簡稱ethercat)最初是在2003年由德國倍福自動化有限公司(beckhoffautomationgmbh)基于以太網技術提出的一種實時工業以太網技術，該技術不僅具有高速和高數據有效率的特點，還具有靈活網絡拓撲結構，并在協議中封裝了ip/udp，所以不需要ip協議就能實現通信。因此，ethercat具有以下優點：適應性廣泛；符合以太網標準；無需使用從屬子網，都可用作ethercat從站；數據傳輸效率高；刷新周期短；同步性能好。

申請號為201521063204中公開了一種基于ethercat技術的耦合通信板，包括：控制器和與控制器通過spi總線連接的微處理器；與控制器電連接的至少一個外部通信接口；與控制器通信連接的總線連接器；與總線連接器、控制器和微處理器電連接的電源轉換芯片；依次連接在控制器和外部通信接口之間的phy芯片和變壓器；用于對控制器、所述芯片進行時間同步的晶振。但是該ethercat耦合通信板僅能實現主站與從站、從站與從站之間單線連接，沒有實現鏈路冗余，當系統主從站任一模塊出現故障后，則該系統不能正常通信，甚至該系統將停止運行，從而導致嚴重的安全事故，影響了系統的安全性、穩定性、可靠性。

技術實現要素：

本發明提供的支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法及裝置，能夠通過對數據連接信號或數據有效信號實時采集；多重判斷分析確定切換時機，以使在通信鏈路切換至冗余鏈路過程中，提高通信的可靠性和安全性。

第一方面，本發明提供一種支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法，包括：

獲取通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號；

根據數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，其中，所述通信狀態包括通信正常狀態和通信故障狀態；

根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信。

可選地，所述根據數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，包括：

接收通信鏈路物理層的數據連接信號判斷所述通信鏈路是否處于連接狀態，如果是，則執行下一步；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態；

接收數據有效信號，判斷所述通信鏈路的物理層數據是否有效，如果是，則執行下一步；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態。

可選地，在物理層數據有效之后，還包括：

接收兩個連續的數據有效信號并計算出所述物理層數據有效信號之間的時間間隔；

判斷所述時間間隔是否在設定時間閾值內，如果是，則通信鏈路為通信正常狀態；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態。

可選地，所述根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信為：

當通信鏈路為通信正常狀態時，則保持通信鏈路進行通信；

當通信鏈路為通信故障狀態時，則切換至冗余鏈路進行通信。

第二方面，本發明提供一種支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換裝置，包括：

fpga芯片模塊，通過兩條通信鏈路分別與主站控制器、下級從站控制器連接，以及通過兩條冗余鏈路分別與主站備用控制器、下級從站控制器連接，并用于實現耦合通信板的多鏈路冗余通路，其中，所述fpga芯片模塊包括，

獲取單元，用于獲取通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號；

處理單元，用于根據數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，其中，所述通信狀態包括通信正常狀態和通信故障狀態；

確定單元，用于根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信。

可選地，所述處理單元包括：

第一判斷子單元，用于接收通信鏈路物理層的數據連接信號判斷所述通信鏈路是否處于連接狀態；

第二判斷子單元，用于接收數據有效信號，判斷所述通信鏈路的物理層數據是否有效。

可選地，所述處理單元還包括：

計算子單元，用于接收兩個連續的數據有效信號并計算出兩者之間的時間間隔；

第三判斷子單元，用于判斷所述時間間隔是否在設定時間閾值內。

本發明實施例提供的支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法及裝置，本發明實施例所述轉換方法主要解決通信鏈路與冗余鏈路之間的切換問題，其中，本實施例通過判別通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號判斷通信鏈路的通信狀態，進而在保證正常通信的前提下，確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信；進而實現了ethercat主站與從站之間鏈路冗余控制。

本實施例所述轉換方法一方面保證了所述ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間通信的安全性和穩定性；另一方面，通過對數據連接信號或數據有效信號實時采集；多重判斷分析確定切換時機，以使在通信鏈路切換至冗余鏈路過程中，ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間的通信不會因為傳輸時延問題導致通信出現紊亂，或者丟失部分數據，進而影響鏈路的通信傳輸。

附圖說明

圖1為本發明一實施例支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法的流程圖；

圖2為本發明另一實施例支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法的流程圖；

圖3為本發明一實施例支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換裝置的結構示意圖；

圖4為本發明另一實施例支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換裝置的結構示意圖；

圖5為本發明一實施例fpga芯片模塊的結構示意圖；

圖6為本發明另一實施例fpga芯片模塊的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例提供一種支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法，如圖1所示，所述方法包括：

s1、獲取通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號；

s2、根據數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，其中，所述通信狀態包括通信正常狀態和通信故障狀態；

s3、根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信。

本發明實施例提供的支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換方法主要解決通信鏈路與冗余鏈路之間的切換問題，其中，本實施例通過判別通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號判斷通信鏈路的通信狀態，進而在保證正常通信的前提下，確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信；同時所述ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間采用多鏈路冗余通路，即每條通信鏈路都設置有用于通信鏈路的冗余備份冗余鏈路，并且當通信鏈路為通信故障狀態時，則切換至所述冗余鏈路進行通信，進而實現了ethercat主站與從站之間鏈路冗余功能。

本實施例所述轉換方法一方面保證了所述ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間通信的安全性和穩定性；另一方面，通過對數據連接信號或數據有效信號實時采集；多重判斷分析確定切換時機，保證在通信鏈路切換至冗余鏈路過程中，ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間的通信不會因為傳輸時延問題導致通信出現紊亂，或者丟失部分數據，進而影響鏈路的通信傳輸。

可選地，如圖2所示，所述根據數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，包括：

接收通信鏈路物理層的數據連接信號判斷所述通信鏈路是否處于連接狀態，如果是，則執行下一步；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態；

接收數據有效信號，判斷所述通信鏈路的物理層數據是否有效，如果是，則執行下一步；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態。

具體的，本實施例中所述轉換方法首先通過判別數據連接信號判斷通信鏈路是否處于連接狀態，例如，當第一通信鏈路的數據連接信號(linkmii1)為低，第一冗余鏈路的數據連接信號(linkmii2)為高時，則選擇第一通信鏈路進行通信；當第一通信鏈路的數據連接信號(linkmii1)為高，第一冗余鏈路的數據連接信號(linkmii2)為低時，則選擇第一冗余鏈路進行通信；進而通過數據連接信號對通信鏈路的通信狀態進行一個初步的判別，并確保通信鏈路處于連接狀態并能夠進行通信。

然后當通信鏈路處于連接狀態時，再通過判別數據有效信號判斷通信鏈路的通信數據的有效性，進而通過在通信鏈路數據通信過程中的數據有效信號，進一步的判斷通信鏈路是否處于通信正常狀態。進而逐步判別確保所述方法能夠提高通信鏈路與冗余鏈路切換過程中的通信穩定性和可靠性。

可選地，在物理層數據有效之后，還包括：

接收兩個連續的物理層數據有效信號并計算出所述物理層數據有效信號之間的時間間隔；

判斷所述時間間隔是否在設定時間閾值內，如果是，則通信鏈路為通信正常狀態；如果否，則通信鏈路為通信故障狀態。

具體的，本實施例不僅需要對數據有效信號進行判別，還需要在對數據有效信號有效狀態下，繼續對連續兩個物理層數據有效信號之間的時間間隔進行判別，確保通信鏈路在一設定的時間閾值內接受兩個連續的數據有效信號，進而能夠進一步的判別所述通信鏈路處于通信正常狀態或者通信故障狀態，能夠通過通信鏈路的數據連接信號、數據有效信號和連續兩個數據有效信號之間的時間間隔等對通信鏈路的通信狀態進行可靠有效的確定，當所述通信鏈路處于通信故障狀態時，并及時的切換至通信正常狀態的冗余鏈路，保證主站與從站之間的通信安全性和穩定性。

可選地，所述根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信為：

當通信鏈路為通信正常狀態時，則保持通信鏈路進行通信；

當通信鏈路為通信故障狀態時，則切換至冗余鏈路進行通信。

本發明實施例還提供一種支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換裝置，如圖3和4所示，所述裝置包括：

fpga芯片模塊，通過兩條通信鏈路分別與主站控制器、下級從站控制器連接，以及通過兩條冗余鏈路分別與主站備用控制器、下級從站控制器連接，并用于實現耦合通信板的多鏈路冗余通路，其中，所述fpga芯片模塊包括，

獲取單元，用于獲取通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號；

處理單元，用于根據物理層的數據連接信號或數據有效信號分析得出通信鏈路的通信狀態，其中，所述通信狀態包括通信正常狀態和通信故障狀態；

確定單元，用于根據通信狀態確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信。

本發明實施例提供的支持鏈路冗余的雙線ethercat協議轉換裝置，本實施例通過在fpga芯片模塊設置至少四個接口，并分別通過兩條通信鏈路分別與主站控制器、下級從站控制器連接，以及通過兩條冗余鏈路分別與主站備用控制器、下級從站控制器連接，并用于實現耦合通信板的多鏈路冗余通路；因此，所述ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間采用多鏈路冗余通路，即每條通信鏈路都設置有用于通信鏈路的冗余備份冗余鏈路，并且當通信鏈路為通信故障狀態時，則切換至所述冗余鏈路進行通信，進而實現了ethercat主站與從站之間鏈路冗余功能。

同時，所述fpga芯片模塊通過獲取單元、處理單元和確定單元判別通信鏈路物理層的數據連接信號或數據有效信號判斷通信鏈路的通信狀態，進而在保證正常通信的前提下，確定保持通信鏈路進行通信、或切換至對應的冗余鏈路進行通信，進而提高了所述轉換裝置確保了ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間通信的安全性和穩定性；同時，通過對數據連接信號或數據有效信號實時采集；多重判斷分析確定切換時機，以使在通信鏈路切換至冗余鏈路過程中，ethercat主站處理器或主站備用處理器與從站之間的通信不會因為傳輸時延問題導致通信出現紊亂，或者丟失部分數據，進而影響鏈路的通信傳輸。

其中，如圖3所示，所述主站處理器，用于對以太網信號進行輸入輸出控制；

所述主站備用處理器，通過同步總線與通信系統的主站處理器連接，并用于對主站處理器進行冗余備份以及對以太網信號進行輸入輸出控制；

耦合通信板，通過兩條鏈路分別與主站處理器和主站備用處理器連接，并用于將以太網信號由主站處理器或主站備用處理器輸入至耦合通信板，同時耦合通信板中設置有所述轉換裝置；

端子板，一端與耦合通信板連接并用于由耦合通信板向端子板輸入信號，另一端通過兩條鏈路分別與主站處理器和主站備用處理器連接并用于將以太網信號由端子板輸出至主站處理器或主站備用處理器，進而形成多鏈路環網冗余通路。

本發明實施例采用了主站處理器、主站備用處理器分別與耦合通信板；端子板分別與主站處理器和主站備用處理器連接進而形成多鏈路環網冗余通路，解決了在ethercat所支持的拓撲結構中耦合板或端子板僅采用單線連接技術方案中，當某一從站中的任意模塊出現故障時，該模塊后的所有模塊的通信斷開，以至于通信系統將停止運行，導致嚴重的安全事故，進而導致整個通信系統的安全性低、穩定性低、可靠性低的問題。本實施例由耦合通信板、端子板分別與主站處理器和主站備用處理器多鏈路的連接，其中，所述主站處理器與主站備用處理器之間通過同步總線連接，進而使得主站備用處理器對主站處理器進行冗余備份，當主站處理器出現故障、或者數據處理量大時，則由主站備用處理器進行處理。一方面，本實施例所述通信系統通過主站處理器和主站備用處理器聯合處理，提高了所述通信系統的安全性、可靠性和穩定性；進而在提高了通信系統的安全性、可靠性和穩定性基礎上，保證了通信系統的同步性能。

另一方面，本實施例中采用耦合通信板與端子板分別進行輸入控制、輸出控制進而聯合實現本地高速控制功能，然后通過主站處理器、耦合通信板、總線控制器、端子板和主站備用處理器形成的多鏈路環網冗余通路，同時由端子板與主站處理器之間的第一通信鏈路、端子板與主站備用處理器之間的第一冗余鏈路與耦合通信板與主站處理器之間的第二通信鏈路，耦合通信板與主站備用處理器之間的第二冗余鏈路兩兩組合形成了四種環網通路，進而通過多環網通路提高了所述通信系統的安全性、穩定性以及可靠性。

可選地，如圖5所示，所述處理單元包括：

第一判斷子單元，用于接收通信鏈路物理層的數據連接信號判斷所述通信鏈路是否處于連接狀態；

第二判斷子單元，用于接收數據有效信號，判斷所述通信鏈路的物理層數據是否有效。

可選地，如圖6所示，所述處理單元還包括：

計算子單元，用于接收兩個連續的數據有效信號并計算出兩者之間的時間間隔；

第三判斷子單元，用于判斷所述時間間隔是否在設定時間閾值內。

本實施例的裝置，可以用于執行上述方法實施例的技術方案，其實現原理和技術效果類似，此處不再贅述。

本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。