一种工业以太网总线控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种工业以太网总线控制器，包括交换集成芯片和控制芯片，所述控制芯片通过高速总线与所述交换集成芯片连接，还包括多个与所述交换集成芯片连接的千兆PHY芯片，所述交换集成芯片内部集成千兆MAC控制器，所述千兆MAC控制器与所述千兆PHY芯片连接，所述每一个千兆PHY芯片包括多个网口，所述网口为光口或电口。实施本实用新型的工业以太网总线控制器，具有以下有益效果：成本较低、对特定应用不受局限、能支持多种总线的协议转换。
【专利说明】一种工业以太网总线控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信控制领域，特别涉及一种工业以太网总线控制器。
【背景技术】
[0002]工业控制网络直接面向生产过程和控制，传输测量和控制信息，并对生产过程进行监视和控制。较之信息网络有如下区别:第一，传输信息的特征:工业控制网络，短帧信息、长度小、交换频繁、周期性信息多，非周期性信息少；信息网络:信息长度大、交换不频繁、非周期性信息多，周期性信息少；第二，信息流向的方向性和顺序性:工业控制网络，方向性明显，有一定的顺序性；信息网络，方向性、顺序性不明显；第三，响应时间:过程控制网0.01?0.5s，制造自动化网0.5?1.0s ;信息网络2.2?6.0s ;第四，通信方式:工业控制网络，广播或组播；信息网络，点对点；第五，本安防爆性能:工业控制网络，要求本安防爆；信息网络，不要求；第六，对环境的要求:工业控制网络，良好的适应性；信息网络，适应性要求不高；第七，兼容性:工业控制网络，解决协议一致性和互操作性问题；信息网络，解决协议一致性。工业以太网正在成为工业控制网络的主流技术。
[0003]以太网用于工业控制主要有以下优势:通信速率高、采用双工星形网络拓扑结构和以太网交换技术、应用广泛、成本低廉、软硬件资源丰富、可持续发展能力强、易于实现管控一体化。与商业以太网相比，工业以太网具有特殊要求:第一，要求高实时性与良好的时间确定性、传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁；控制网络协议简单实用，工作效率高；与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成；第二，容错能力强，可靠性安全性好、设备的可靠性与环境的适应性高。
[0004]现有的一些国外的产品，对工业以太网控制器有些好的方案和产品，但是存在如下问题:第一，价格比较昂贵，严重阻碍了工业以太网控制器的推广和实用；第二，一般只有百兆以太网接口，对于那些需要高实时性、速率要求高、网络速率大的应用，还是有比较大的局限性；第三，接口比较单一，不能在一个设备里面支持各种总线的协议转换。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述成本较高、对特定应用受局限、不能支持多种总线的协议转换的缺陷，提供一种成本较低、对特定应用不受局限、能支持多种总线的协议转换的工业以太网总线控制器。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种工业以太网总线控制器，包括交换集成芯片和控制芯片，所述控制芯片通过高速总线与所述交换集成芯片连接，还包括多个与所述交换集成芯片连接的千兆PHY芯片，所述交换集成芯片内部集成千兆MAC控制器，所述千兆MAC控制器与所述千兆PHY芯片连接，所述每一个千兆PHY芯片包括多个网口，所述网口为光口或电口。
[0007]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，所述交换集成芯片内还设有用于根据配置处理以太网数据报的交换模块，以及与所述交换模块连接、用于配置所述交换模块并处理交互信息的CPU。
[0008]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，所述控制器还包括与所述交换集成芯片连接、用于给所述CPU提供高速运行存储空间的DDR (Double Data Rate，双倍速率同步动态随机存储器)。
[0009]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括与所述交换集成芯片连接、用于在断电时对程序和配置信息进行保存的Flash。
[0010]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括与所述交换集成芯片连接、用于在上电后对所述交换集成芯片进行复位的上电复位电路。
[0011]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括与所述交换集成芯片连接、用于提供配置系统接口的URAT接口。
[0012]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括与所述控制芯片连接的无线接口，所述无线接口包括GPRS和/或CDMA接口。
[0013]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括与所述控制芯片连接的CAN总线接口。
[0014]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，还包括分别与所述控制芯片连接的RS485接口和/或RS232接口和/或RJ45接口。
[0015]在本实用新型所述的工业以太网总线控制器中，所述控制芯片为用于以太网接口的网络业务接口板卡，或用于工业现场接口的数据采集及现场总线的板卡。
[0016]实施本实用新型的工业以太网总线控制器，具有以下有益效果:由于使用交换集成芯片，交换集成芯片内部集成千兆MAC控制器，所以能有效地降低成本，由于还包括与交换集成芯片连接的千兆PHY芯片，所以对于那些需要高实时性、速率要求高、网络速率大的应用不受局限性；由于每一个千兆PHY芯片包括多个网口，每一个网口为光口或电口，这样接口不再单一，能在一个设备里面支持各种总线的协议转换；所以其成本较低、对特定应用不受局限、能支持多种总线的协议转换。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实用新型工业以太网总线控制器一个实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]在本实用新型工业以太网总线控制器实施例中，图1为工业以太网总线控制器的结构示意图，图1中，该工业以太网总线控制器包括交换集成芯片I和控制芯片2，其中，控制芯片2通过高速总线与交换集成芯片I连接，该工业以太网总线控制器还包括多个千兆PHY芯片，这多个千兆PHY芯片都与交换集成芯片I连接，本实施例中，有N个千兆PHY芯片，为了方便描述，将这N个千兆PHY芯片分别称为第一千兆PHY芯片31、...、第N千兆PHY芯片3N。交换集成芯片I内部集成千兆MAC控制器(图中未示出)，千兆MAC控制器与千兆PHY芯片(第一千兆PHY芯片31、…、第N千兆PHY芯片3N)连接，每一个千兆PHY芯片包括多个网口 4，网口 4为光口或电口。由于使用交换集成芯片I，交换集成芯片I内部集成千兆MAC控制器，所以能有效地降低成本和能耗，并且保证较高的稳定性。由于还包括千兆PHY芯片，所以对于那些需要高实时性、速率要求高、网络速率大的应用不受局限性；由于每一个千兆PHY芯片包括多个网口，每一个网口为光口或电口，这样接口不再单一，能在一个设备里面支持各种总线的协议转换；所以其成本较低、对特定应用不受局限、能支持多种总线的协议转换。
[0021]本实施例中，具体来讲，千兆PHY芯片有多个接口，并提供Combo功能，即光电复用:也就是一个接口既可以接光口，也可以接电口。每个接口可以接电口 RJ45withMaganetic，接CAT5线，同时可以接光口 SFPJP Combo。在本实施例的一些情况下，也可以不通过千兆PHY芯片而直接接光口 SFP，不过这样会影响性能。千兆PHY芯片可以自动检测该接口所接的是电口还是光口。
[0022]本实施例中，交换集成芯片I内还设有交换模块和CPU (图中未示出)，CPU和交换模块在交换集成芯片I的内部连接，这样可以大大简化外围电路，降低功耗。其中，交换模块用于根据配置处理以太网数据报，CPU用于配置交换模块，并处理用户的交互信息。
[0023]本实施例中，该工业以太网总线控制器还包括DDR5、Flash6、上电复位电路7和URAT接口 8 ;其中，DDR5与交换集成芯片I连接、用于给CPU提供高速运行存储空间；Flash6与交换集成芯片I连接、用于在断电时对程序和配置信息进行保存，以防程序和信息在断电时丢失；上电复位电路7与交换集成芯片I连接、用于在上电后对交换集成芯片I进行复位；URAT接口 8与交换集成芯片I连接、用于提供配置系统接口。值得一提的是，本实施例中，Flash6有启动块，可以存储初始化程序，使CPU上电时直接读取，这样就无须再接EEPR0M，简化了电路。
[0024]本实施例中，该工业以太网总线控制器还包括无线接口 9，无线接口 9与控制芯片2连接，无线接口 9包括GPRS和/或CDMA接口等通用DTU (数据传输模块)接口，通过DTU进行无线数据的收发。该工业以太网总线控制器还包括CAN总线接口 10，CAN总线接口 10与控制芯片I连接。该工业以太网总线控制器还包括RS485接口 11和/或RS232接口 12和/或RJ45接口 13，RS485接口 11和/或RS232接口 12和/或RJ45接口 13分别与控制芯片2连接。这样该业以太网总线控制器支持工业现场环境的数据采集、控制和总线接口，包括CAN总线接口 10、RS485接口 11、RS232接口 12和无线接口 9等总线接口，这样接口不再单一，能在一个设备里面支持各种总线的协议转换。
[0025]本实施例中，控制芯片2为用于以太网接口的网络业务接口板卡，或用于工业现场接口的数据采集及现场总线的板卡，控制芯片2可以采用工业级Cortex M3芯片。
[0026]总之，在本实施例中，工业现场应用时还经常需要进行数据采集，为方便现场实施，降低系统成本，本工业以太网总线控制器提供各种数据采集的控制芯片2。该控制芯片2支持开关量的采集与控制，支持CAN总线、RS485现场总线。并且该控制芯片2通过以太网与交换集成芯片I相连，可以在交换集成芯片I的管理控制界面上完成对该控制芯片2的所有控制和配置。同时支持千兆以太网接口，并且换集成芯片I内部支持千兆MAC控制器，高效稳定。该工业以太网总线控制器支持堆叠功能，能够扩展端口，使其能够更灵活地构建网络。支持以太网环网协议，可以联网组成环网，简化网络结构。该工业以太网总线控制器宽电压输入:DC12-36V，无风扇设计，确保系统的稳定性和适用性。该工业以太网总线控制器同时还支持网管SNMP，并可通过WEB进行管理，大大简化了网络管理的工作量。可提供端口镜像功能，为网络传输提供了备份通道，还可以用于进行数据流量监测。同时支持IPv4和IPv6，可以让用户从IPv4平滑过渡到IPv6，节约用户成本。该工业以太网总线控制器支持对输入输出流量进行设置，支持QoS，能够基于每个端口设定优先级，也可以针对不同协议制定优先级(IEEE802.lp)，确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。支持虚拟局域网(VLAN，IEEE802.1Q)，最多支持4096个VLAN，允许网络管理员对用户进行逻辑分组而无需关心用户与网络的物理连接位置。这一功能的潜在好处是降低搬迁、增加和改变网络节点时的管理负担，以及将网络广播业务流限制在V L A N内，有效地控制广播风暴的产生。支持生成树协议，这使得交换机能够与传统的路由器和其他类型的路由器协同工作并防止网络中循环的出现。
[0027]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种工业以太网总线控制器，其特征在于，包括交换集成芯片和控制芯片，所述控制芯片通过高速总线与所述交换集成芯片连接，还包括多个与所述交换集成芯片连接的千兆PHY芯片，所述交换集成芯片内部集成千兆MAC控制器，所述千兆MAC控制器与所述千兆PHY芯片连接，所述每一个千兆PHY芯片包括多个网口，所述网口为光口或电口。
2.根据权利要求1所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，所述交换集成芯片内还设有用于根据配置处理以太网数据报的交换模块，以及与所述交换模块连接、用于配置所述交换模块并处理交互信息的CPU。
3.根据权利要求2所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，所述控制器还包括与所述交换集成芯片连接、用于给所述CPU提供高速运行存储空间的DDR。
4.根据权利要求3所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括与所述交换集成芯片连接、用于在断电时对程序和配置信息进行保存的Flash。
5.根据权利要求4所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括与所述交换集成芯片连接、用于在上电后对所述交换集成芯片进行复位的上电复位电路。
6.根据权利要求5所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括与所述交换集成芯片连接、用于提供配置系统接口的URAT接口。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括与所述控制芯片连接的无线接口，所述无线接口包括GPRS和/或CDMA接口。
8.根据权利要求7所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括与所述控制芯片连接的CAN总线接口。
9.根据权利要求8所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，还包括分别与所述控制芯片连接的RS485接口和/或RS232接口和/或RJ45接口。
10.根据权利要求1至6任意一项所述的工业以太网总线控制器，其特征在于，所述控制芯片为用于以太网接口的网络业务接口板卡，或用于工业现场接口的数据采集及现场总线的板卡。
【文档编号】G05B19/418GK204089851SQ201420087740
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】周茂林, 刘洋, 刘睿 申请人:广州思林杰网络科技有限公司