个板块最多可有8192-1个端口，O被分配为广播端口)，母地址和子地址就代表了每个通讯端口的唯一出入口，则通讯端口的逻辑起始地址=((母地址〈〈10+子地址)〈〈16)，进而分配端口的读取数据空间和写入数据空间；由于地址分配的连续性，因此，每个通讯端口的数据空间之间是不会重叠的，所有通讯端口的数据空间构成一个互不重叠的逻辑空间，它的寻址范围是32位；
[0029]S2、为每个通讯端口分配一个配置表，配置表包括通讯端口对应的协议WD、协议名称(例如EtherCAT )、协议地位(主/从)、数据类型(例如按位、字节、流等区分)、母地址、子地址、读取数据空间、写入数据空间和协议动作指令集；
[0030]S3、针对每两个采用不同的总线类型的通讯端口建立一个中介表，中介表包括源协议WD、目标协议WD、协议动作执行规则、校验机制和错误报告模块；
[0031]S4、通过静态映射将通讯数据从协议A转换至协议B:采用协议A的通讯端口 A作为源端口，采用协议B的通讯端口作为目标端口，调用通讯端口 A和通讯端口 B对应的配置表A、配置表B和中介表A-B，首选根据校验机制对通讯数据进行校验，如果通讯数据不合格则停止静态映射并且通过错误报告模块进行反馈，如果通讯数据合格则根据通讯数据的实际状态从配置表A中的协议动作指令集A中查到符合中介表A-B中的协议动作执行规则A-B的动作指令并予以实施，从而将源端口的读取数据空间中的通讯数据映射到目标端口的写入数据空间中。
[0032]低速板块、高速板块和输入输出板块可以单独使用，也可以集成使用，后者需要板间通讯完成协同工作，虽然在硬件上，留下有多余的SPI和CAN端口可用，但考虑到抗干扰性、并发干涉、效率等问题，采用CAN作为板间通讯的链路，通过以下步骤实现两个工业现场总线多协议路由器之间的通讯，其中两个工业现场总线多协议路由器分别为源板块和目标板块:
[0033]S5、首先通过静态映射将源板块的源端口中的数据映射到源板块的CAN端口上，然后通过29位ID识别将数据传输到目标板块的CAN端口上，其中29位ID中，6位作为源板块的母地址，10位作为源板块的CAN端口子地址，6位作为目标板块的母地址，其余保留；低速板块的起始地址区间OxOOO-OxOOf，高速板块的起始地址是OxOlO-OxOlf，输入输出板块是0x020-0x02f。例如描述EtherCAT端口、串口、I/O端口等每个通道应该用板块母地址+子地址的形式，子地址为O表示板块本身，不针对具体端口 ；
[0034]实际上，每块板块中都包含当前使用的配置库，该配置库中提示了 ID位置与板块参数的对应关系，比如某个ID代表的板块的配置关系等。板间通讯包含物理层、数据链路层和网络层，板间通讯的数据解释则由应用层负责。CAN每次通讯的数据有效长度是8个字节。前2个字节被协议占用，实际有效长度是6个字节，前两个字节中，第一个字节的高3位代表帧类型，后10位代表目标板块的端口子地址。因此，每块板块可有个1023个端口子地址可供分配。
[0035]帧分为单帧(SF)，第一帧(FF)，连续帧(CF)、控制帧(FC)和通告帧(AF)。如果传输数据〈=6个字节，则直接发送单帧即可；如果>6，则发送第一帧，第一帧包含了拟发送的数据长度，接收端此时应返回当前可接收的最大缓冲长度，发送方一旦收到该缓冲长度，将按6个字节一组分割数据后持续发送；除非所有数据发送完毕，否则当前缓冲长度发送完毕后则接续等待控制帧以获得后续可发送的缓冲长度。按照以上规范，有效数据的第一个字节高3位总是表示帧的类型。因此，SF=O，FF=I，CF=2，FC=3，AF=4 ;通告帧AF通常查询或广播板块的自身信息。比如，板块是否支持EtherCAT, Profinet等。
[0036]静态映射的转换虽然在一定程度上解决了协议之间数据交换的问题，然而，在一些或者说很多稍微复杂的场合，其功能就显得捉襟见肘了。协议转换的核心是有效数据的解释和交换。因此采用与静态模式不同的动态模式来对协议进行转换，即一种基于工业现场总线多协议路由器的多协议动态映射转换法，包括以下步骤:
[0037]R1、根据每个通讯链路的总线类型配置相应的协议栈，为每个工业现场总线多协议路由器分配一个6位的母地址，为每个通讯端口分配一个10位的子地址，则通讯端口的逻辑起始地址=((母地址〈〈10+子地址)〈〈16)，进而分配端口的读取数据空间和写入数据空间；
[0038]R2、为每个通讯端口分配一个配置表，配置表包括通讯端口对应的协议WD、协议名称、协议地位、数据类型、母地址、子地址、读取数据空间、写入数据空间和协议动作指令集;
[0039]R3、建立动作执行引擎，动作执行引擎包括远程命令引擎、BASIC引擎和PLC引擎。
[0040]R4、通过动态映射将通讯数据从协议A转换至协议B:采用协议A的通讯端口 A作为源端口，采用协议B的通讯端口作为目标端口，调用通讯端口 A和通讯端口 B对应的配置表A和配置表B，用户根据通讯数据的实际状态通过动作执行引擎将源端口的读取数据空间中的通讯数据映射到目标端口的写入数据空间中。
[0041]在动态映射中中介表不再使用，取而代之采用动作执行引擎的控制方式进行交换，远程命令引擎、BASIC引擎和PLC引擎这三种模式均可读写配置表中配置过的数据空间，这样就最大限度提供了数据空间的交换模式，从而达到协议转换的目的。远程命令引擎中包括自定义的中性命令，网络层次位于应用层，与底层传输媒介无关。目前的设计是兼顾到输入输出寄存器进行操控的。寄存器的含义的解释则是按照本实用新型中的配置表进行确认，例如00001-0000B的11个寄存器的值有可能是发送到CAN网络的标准帧数据，也可能是写入板块存储空间的数据，其结构形式如下:
[0042]源地址(4字节)+目标地址(4字节)+配置参数(2个字节)+有效数据字节数+有效数据起始地址+数据......+CRC校验(2字节)；
[0043]配置参数一共0-15位；低O位表明是否发送回执，=1要求发送回执；高8位表明操作模式，即共可有256种操作模式。远程命令引擎存在的另外一个原因是需要兼顾到很多其它非工业现场总线的应用场合，例如从英特网关闭某个电机或开关，或转发到串口等；BASIC引擎的语言范畴属于ANSIX3.113-1987的一个子集。BASIC引擎中具有各种协议转换的操作函数，包括读、修改和写协议数据空间、查询协议数据的状态(如可用，待发，长度等)、板间通讯的读写等；PLC引擎基本兼容三菱PLC规范，不同的是，针对协议转换提供部分自定义语句规范，其中包括协议数据的状态查询(如可用、待发、长度等)、板间通讯的读写、以及不同协议的状态触点(如源数据到达、发送完毕等)。
[0044]BASIC引擎和PLC引擎均分为上位机引擎和下位机引擎，上位机引擎主要是用于下位机程序的编写、仿真和远程下载，下位机引擎则是具体执行下载的程序；配置表、中介表以及工作程序(远程命令、BASIC、PLC)等存放在上位机和下位机板块中的EEPROM中，这样的安排有利于今后远程配置和维护，管理上比较方便；
[0045]与多协议静态映射转换法的步骤S5类似，通过以下步骤实现两个工业现场总线多协议路由器之间的通讯，其中两个工业现场总线多协议路由器分别为源板块和目标板块:
[0046]R5、首先通过动态映射将源板块的源端口中的数据映射到源板块的CAN端口上，然后通过29位ID识别将数据传输到目标板块的CAN端口上，其中29位ID中，6位作为源板块的母地址，10位作为源板块的CAN端口子地址，6位作为目标板块的母地址，其余保留。
[0047]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1.一种工业现场总线多协议路由器，其特征在于:包括主控芯片、EEPROM和多个通讯链路，所述EEPROM与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路均与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路分别具有一个通讯端口。
2.如权利要求1所述的工业现场总线多协议路由器，其特征在于:所述多个通讯链路包括RS232链路、RS485链路、RS422链路、Modbus链路、CAN链路、Profibus链路和10M以太网链路，所述主控芯片为Cortex - A8芯片。
3.如权利要求1所述的工业现场总线多协议路由器，其特征在于:所述多个通讯链路包括 EtherCAT 链路、Ethernet/IP 链路、Profinet 链路、SERCOS_III 链路、NTCIP 链路、CC -LINK链路，所述主控芯片为Cortex - A8芯片。
4.如权利要求1所述的工业现场总线多协议路由器，其特征在于:所述多个通讯链路包括I/O链路，A/D采样链路，eCAP链路，PWM链路和IXD/LED链路，所述主控芯片为DSP芯片。
5.如权利要求1?4任一项所述的工业现场总线多协议路由器，其特征在于:所述主控芯片通过SPI或者UART串口连接有蓝牙通讯模块和/或WIFI通讯模块，所述主控芯片还连接有至少一路SPI或者CAN端口，用于两个以上的工业现场总线多协议路由器之间的通讯。
【专利摘要】本实用新型提供了一种工业现场总线多协议路由器，包括主控芯片、EEPROM和多个通讯链路，所述EEPROM与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路均与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路分别具有一个通讯端口，这种工业现场总线多协议路由器构建一个兼容更多的协议，并提供软硬件均可二次增值开发的形式，实现各种异构产品之间的互联互通，为各种需要快速实现互联互通的应用提供有效的实施保障。
【IPC分类】H04L12-771, H04L12-781
【公开号】CN204481848
【申请号】CN201520217810
【发明人】彭炜, 毛年华, 刘贤锋
【申请人】常州多维信息科技有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月10日