专利名称：一种现场总线的数据复制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于现场总线控制技术领域，具体地说是一种实现同一现场总线链路及不同链路间数据无干扰复制的装置。
背景技术：
近几年，现场总线技术在工业自动化领域中应用广泛，基于现场总线通信具有可靠性高、传输速率高等特点，与现场总线相关的设备层出不穷，但是还没有将一种现场总线链路中的数据实时、无干扰的复制到另外一种现场总线链路中的装置。PCI接口已成为广泛使用的微型计算机标准接口，关于现场总线的PCI接口也很多，例如专利文献200420120374. 9提到的ftx)fibuS现场总线PCI卡，具有数据存储功能， 但是此PCI卡是利用PCI接口完成现场总线的通信功能，不具有复制现场总线链路中的数据并通过PCI接口进行转发的功能，且只能运用ftOfibus现场总线，形式相对单一。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种现场总线的数据复制的装置，采用PHY芯片和FPGA 的共同作用的硬件平台，结合FPGA的可编程性和不同现场总线的特点，实现同一现场总线链路及不同链路间数据复制，解决了现场总线链路中数据信息实时、无干扰复制的问题，具有可靠性高，易于实现的特点。实现本实用新型的目的所采用的具体技术方案为一种现场总线的数据复制的装置，实现现场总线链路中通信数据实时无干扰的复制，该装置包括FPGA模块、PCI接口和多个现场总线通信接口，所述PCI接口和现场总线通信接口均与FPGA模块连接，FPGA模块通过现场总线通信接口复制现场总线链路中的数据， 该数据通过现场总线通信接口发送到现场总线链路中，同时也可将复制的数据通过PCI接口传输到外部设备。所述FPGA模块包括PCI核、数据存储子模块和多个通信子模块。每个通信子模块对应一个现场总线通信接口，每个通信子模块包括数据复制单元和数据发送单元。所述数据存储子模块与各通信子模块的数据复制单元和数据发送单元均连接，各数据复制单元复制现场总线链路中的数据，并存储于数据存储子模块中，存储的数据通过数据发送单元发送到现场总线链路中，同时可通过PCI核将存储的数据传输到外部设备。所述PCI核与所述数据存储子模块连接，并连接到所述PCI接口，用于将数据存储子模块中的数据传输到外部设备。各现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据均存储于数据存储子模块中的数据，各现场总线通信接口对应的数据发送单元可从该数据存储子模块中读取属于自身现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据并发送到现场总线链路中，也可从该数据存储子模块中读取其他现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据并发送到现场总线链路中。也就是说，该装置在现场总线链路中有两种连接方式，可以实现两种复制功能第一种，多个现场总线通信接口中的两个串联到同一个现场总线链路中，直接截获现场总线链路中通过的下行和上行数据，在FPGA模块中进行数据复制，并将复制的数据通过 PCI接口传输到带PCI接口的设备；第二种，多个现场总线通信接口串联到不同的现场总线链路中，一个现场总线通信接口截获现场总线链路中数据，在FPGA模块中进行数据复制， 并通过其他的现场总线通信接口把数据发送到相应的现场总线链路中，复制的数据也通过 PCI接口传输到带PCI接口的外部设备。FPGA模块实现现场总线链路中数据的接收、复制和发送，并在FPGA中实现PCI核， 与带PCI接口的一切设备通信。实现上述第一种复制功能时，两个通信子模块的数据复制单元对现场总线上数据进行无干扰复制，把现场总线上接收到的串行数据旁路出一路冗余数据，把原来的串行数据不做处理，直接由同一个通信子模块的数据发送单元转发到同一个现场总线链路中，不会对现场总线链路产生影响；对于旁路出的冗余数据，锁存成一定长度的数据，存储在数据存储子模块中，经PCI核处理后，传输带PCI接口的外部设备。实现上述第二种复制功能时，一个通信子模块的数据复制单元对现场总线上数据进行无干扰复制，把现场总线上接收到的串行数据旁路出一路冗余数据，把原来的串行数据不做处理，直接由同一个通信子模块的数据发送单元转发到同一个现场总线链路中，不会对现场总线链路产生影响；对于旁路出的冗余数据，锁存成一定长度的数据，存储在数据存储子模块中， 并由其他通信子模块发送到另一个现场总线链路中，存储的数据也可以经PCI核处理后， 发送给带PCI接口的设备。现场总线通信接口把该装置连接到现场总线链路中，包括光电转换单元和PHY芯片。现场总线链路中的数据以物理层光信号的形式经光电转换单元转换为电信号，提供给 PHY芯片，PHY芯片把接收到的差分信号转换为两位宽度的链路层数据输入到FPGA模块。 FPGA模块输出两位宽度的链路层数据，经PHY芯片转换为差分信号，经光电转换单元转换为物理层光信号输入到现场现场总线链路中。PCI接口可以与带PCI接口的处理器设备相互连接，外部设备通过FPGA模块中的 PCI核与该装置进行通信。本实用新型的有益效果是1、本实用新型可以将一种现场总线链路中的数据实时、无干扰的复制到另外一种现场总线链路中，解决了不同的现场总线链路间的通信问题。2、本实用新型可运用于不同的现场总线协议，兼容性高。3、本实用新型可以同时复制现场总线链路中下行和上行的数据，实现了现场总线链路中获取数据的实时性和全面性。4、本实用新型可以将现场总线链路中复制的数据转发到PCI接口，实现了现场总线与带PCI接口的设备间的通信。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是本实用新型实现第一种复制功能的连接说明示意图。图3是本实用新型实现第二种复制功能的连接说明示意图。图4是本实用新型FPGA模块的信号流程示意图。
具体实施方式
本实用新型的目的是提供一种现场总线的数据复制的装置，采用PHY芯片和FPGA 的共同作用的硬件平台，结合FPGA的可编程性和不同现场总线的特点，实现同一现场总线链路及不同链路间数据复制，解决了现场总线链路中数据信息实时、无干扰复制的问题，具有可靠性高，易于实现的特点。本实用新型实现现场总线链路中通信数据实时无干扰的复制，该装置包括FPGA 模块、PCI接口和多个现场总线通信接口，所述PCI接口和现场总线通信接口均与FPGA模块连接，FPGA模块通过现场总线通信接口复制现场总线链路中的数据，该数据通过现场总线通信接口发送到现场总线链路中，同时也可将复制的数据通过PCI接口传输到外部设备。(I)FPGA 模块所述FPGA模块包括PCI核、数据存储子模块和多个通信子模块。每个通信子模块对应一个现场总线通信接口，每个通信子模块包括数据复制单元和数据发送单元。所述数据存储子模块与各通信子模块的数据复制单元和数据发送单元均连接，各数据复制单元复制现场总线链路中的数据，并存储于数据存储子模块中，存储的数据通过数据发送单元发送到现场总线链路中，同时可通过PCI核将存储的数据传输到外部设备。所述PCI核与所述数据存储子模块连接，并连接到所述PCI接口，用于将数据存储子模块中的数据传输到外部设备。各现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据均存储于数据存储子模块中的数据，各现场总线通信接口对应的数据发送单元可从该数据存储子模块中读取属于自身现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据并发送到现场总线链路中，也可从该数据存储子模块中读取其他现场总线通信接口对应的数据复制单元复制的数据并发送到现场总线链路中。也就是说，该装置在现场总线链路中有两种连接方式，可以实现两种复制功能图2实现第一种复制功能的连接说明示意图，现场总线链路以单环连接为例，多个现场总线通信接口中的两个串联到同一个现场总线链路中，直接截获现场总线链路中通过的下行和上行数据，在FPGA模块中进行数据复制，并将复制的数据通过PCI接口传输到带PCI 接口的设备；图3实现第二种复制功能的连接说明示意图，现场总线链路以单环连接为例， 多个现场总线通信接口串联到不同的现场总线链路中，一个现场总线通信接口截获现场总线链路中数据，在FPGA模块中进行数据复制，并通过其他的现场总线通信接口把数据发送到相应的现场总线链路中，复制的数据也通过PCI接口传输到带PCI接口的外部设备。FPGA模块实现现场总线链路中数据的接收、复制和发送，并在FPGA中实现PCI核， 与带PCI接口的一切设备通信。实现上述第一种复制功能时，两个通信子模块的数据复制单元对现场总线上数据进行无干扰复制，把现场总线上接收到的串行数据旁路出一路冗余数据，把原来的串行数据不做处理，直接由同一个通信子模块的数据发送单元转发到同一个现场总线链路中，不会对现场总线链路产生影响；对于旁路出的冗余数据，锁存成一定长度的数据，存储在数据存储子模块中，经PCI核处理后，传输带PCI接口的外部设备。实现上述第二种复制功能时，一个通信子模块的数据复制单元对现场总线上数据进行无干扰复制，把现场总线上接收到的串行数据旁路出一路冗余数据，把原来的串行数据不做处理，直接由同一个通信子模块的数据发送单元转发到同一个现场总线链路中，不会对现场总线链路产生影响；对于旁路出的冗余数据，锁存成一定长度的数据，存储在数据存储子模块中，并由其他通信子模块发送到另一个现场总线链路中，存储的数据也可以经PCI核处理后， 发送给带PCI接口的设备。(2)现场总线通信接口现场总线通信接口把该装置连接到现场总线链路中，包括光电转换单元和PHY芯片。现场总线链路中的数据以物理层光信号的形式经光电转换单元转换为电信号，提供给 PHY芯片，PHY芯片把接收到的差分信号转换为两位宽度的链路层数据输入到FPGA模块。 FPGA模块输出两位宽度的链路层数据，经PHY芯片转换为差分信号，经光电转换单元转换为物理层光信号输入到现场现场总线链路中。(3) PCI 接口PCI接口可以与带PCI接口的处理器设备相互连接，外部设备通过FPGA模块中的 PCI核与该装置进行通信。采用Altera公司提供32位PCI核，此IP核包含了 PCI控制电路的所有功能，完成总线协议的转换，并将复杂的电气和时序要求高的PCI转换为易于操作的本地接口逻辑。
权利要求1.一种现场总线的数据复制装置，用于现场总线链路中通信数据的实时无干扰的复制，其特征在于，该装置包括FPGA模块、PCI接口和多个现场总线通信接口，所述PCI接口和各现场总线通信接口均与FPGA模块连接，该FPGA模块通过现场总线通信接口复制现场总线链路中的数据，复制的数据通过现场总线通信接口发送到现场总线链路中，或通过所述PCI接口传输到外部设备。
2.根据权利要求1所述的数据复制装置，其特征在于，所述的FPGA模块包括括PCI核、 数据存储子模块和多个通信子模块，每个通信子模块与一个现场总线通信接口对应，每个通信子模块包括数据复制单元和数据发送单元，所述数据存储子模块与各通信子模块的数据复制单元和数据发送单元连接，所述数据复制单元复制现场总线链路中的数据，并存储于数据存储子模块中，所述数据发送单元将数据存储子模块中存储的数据发送到现场总线链路中；所述PCI核与所述数据存储子模块连接，并连接到所述PCI接口，用于将数据存储子模块中的数据传输到外部设备。
3.根据权利要求1或2所述的数据复制装置，其特征在于，所述现场总线通信接口包括光电转换单元和与该光电转换单元连接的PHY芯片，现场总线链路中的数据以物理层光信号的形式经所述光电转换单元转换为差分信号，提供给PHY芯片，该PHY芯片把接收到的差分信号转换为两位宽度的链路层数据输入到FPGA模块，该FPGA模块输出两位宽度的链路层数据，经PHY芯片转换为差分信号，经光电转换单元转换为物理层光信号输入到现场现场总线链路中。
4.根据权利要求1或2所述的数据复制装置，其特征在于，所述PCI接口用于与带PCI 接口的外部设备相互连接，用于将FPGA模块复制的数据输出到外部设备。
专利摘要本实用新型公开了一种现场总线的数据复制装置，实现现场总线链路中通信数据的实时无干扰的复制，其特征在于，该装置包括FPGA模块、PCI接口和多个现场总线通信接口，所述PCI接口和现场总线通信接口均与FPGA模块连接，该FPGA模块通过所述现场总线通信接口复制现场总线链路中的数据，复制的数据通过现场总线通信接口发送到现场总线链路中，或通过所述PCI接口传输到外部设备。本实用新型可以将一种现场总线链路中的数据实时、无干扰的复制到另外一种现场总线链路中，解决了不同的现场总线链路间的通信问题，可运用于不同的现场总线协议，兼容性高，同时实现了现场总线与带PCI接口的设备间的通信。
文档编号H04L12/40GK202059434SQ20112010106
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者刘慧双, 周芳芳, 唐小琦, 唐玉枝, 宋宝, 尹玲, 张翊诚, 王翰, 陈天航 申请人:华中科技大学, 武汉华中数控股份有限公司