一种冗余控制系统及方法与流程

本发明涉及以太网冗余，特别是涉及一种冗余控制系统及方法。

背景技术：

1、工业以太网中冗余技术是提高以太网系统可靠性和可维护性最有效的手段之一。链路冗余是应对网口故障（包括主站网卡本身故障和连接）及链路故障（指从站节点之间的链路存在断开情况，如网线断开）的补救措施。通常在对系统稳定运行要求比较高的情况下，就需要应用链路冗余技术。

2、以太网控制自动化技术（ethernet control automation technology，ethercat）是一个基于以太网基础的开放架构的现场系统总线，具备实时、拓扑灵活、高精度同步、可选线冗余等特性。以ethercat为控制总线可编程逻辑控制器组成的系统形式为ethercat主站+ethercat从站，图1的ethercat主站支持冗余功能，图2的ethercat主站不支持冗余功能。但是，不支持冗余功能的主站在某些应用的场景无法适用，以及支持冗余功能的主站在多拓扑的情况下有些支路无法连接到冗余回路中。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种冗余控制系统及方法，可以实现冗余功能，提升系统的稳定性和可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种冗余控制系统，包括：ethercat主站，多个ethercat从站，以及至少一个冗余扩展从站；

3、所述冗余扩展从站包括fpga芯片，分别与所述fpga芯片连接的第一phy收发器、第二phy收发器和第三phy收发器；所述第一phy收发器对接所述ethercat主站或所述ethercat从站，所述第二phy收发器和所述第三phy收发器均对接所述ethercat从站；

4、所述第一phy收发器、所述第二phy收发器、所述第三phy收发器结合所述fpga芯片组成三路网络通信；

5、所述fpga芯片，用于控制所述三路网络通信进行数据帧的转发和数据帧走不同转发路线的延时等长处理。

6、第一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，当所述ethercat主站为支持冗余功能的主站时，所述第一phy收发器对接所述ethercat主站，所述第二phy收发器对接第一级所述ethercat从站，所述第三phy收发器对接最后一级所述ethercat从站。

7、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，当所述ethercat主站为不支持冗余功能的主站时，所述冗余扩展从站包括第一冗余扩展从站和第二冗余扩展从站；所述第一冗余扩展从站对应第一条链路；所述第二冗余扩展从站对应第二条链路；

8、在所述第一冗余扩展从站中，所述第一phy收发器对接所述ethercat主站，所述第二phy收发器对接所述第一条链路中的第一级所述ethercat从站，所述第三phy收发器对接所述第一条链路中的最后一级所述ethercat从站；

9、在所述第二冗余扩展从站中，所述第一phy收发器对接所述第一条链路中的其中一个所述ethercat从站，所述第二phy收发器对接所述第二条链路中的第一级所述ethercat从站，所述第三phy收发器对接所述第二条链路中的最后一级所述ethercat从站。

10、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，所述fpga芯片，还用于判断所述第二phy收发器和所述第三phy收发器的link状态，根据判断结果决定数据帧的传输路线。

11、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，所述fpga芯片包括与所述第一phy收发器连接的第一mii接口，与所述第一mii接口的输出端连接的第一fifo缓存器，与所述第二phy收发器连接的第二mii接口，与所述第二mii接口的输出端连接的第二fifo缓存器，与所述第三phy收发器连接的第三mii接口，与所述第三mii接口的输出端连接的第三fifo缓存器；

12、所述第一mii接口用于接收来自所述第一phy收发器传输的数据帧；

13、所述第一fifo缓存器用于将所述第一mii接口接收的数据帧进行缓存及数据准备发送的时钟异步处理；

14、所述第二mii接口用于接收来自所述第二phy收发器传输的数据帧；

15、所述第二fifo缓存器用于将所述第二mii接口接收的数据帧进行缓存及数据准备发送的时钟异步处理；

16、所述第三mii接口用于接收来自所述第三phy收发器传输的数据帧；

17、所述第三fifo缓存器用于将所述第三mii接口接收的数据帧进行缓存及数据准备发送的时钟异步处理。

18、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，所述fpga芯片还包括数据选择器和路线延时等长处理器；

19、所述数据选择器，分别与所述第一fifo缓存器、所述第二mii接口、所述第二fifo缓存器、所述第三mii接口和所述第三fifo缓存器连接，用于控制数据帧的流向；

20、所述路线延时等长处理器，输入端与所述数据选择器连接，输出端与所述第一mii接口连接，用于针对数据帧的不同传输路线进行延时等长处理。

21、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，所述数据选择器包括第一数据选择器、第二数据选择器、第三数据选择器、第四数据选择器、第五数据选择器；

22、所述第一数据选择器的输入端与所述第一fifo缓存器连接，第一输出端与所述第二mii接口连接，第二输出端与所述第二数据选择器的第一输入端连接；

23、所述第二数据选择器的第二输入端与所述第三数据选择器的第一输出端连接，第三输入端与所述第四数据选择器的第一输出端连接，输出端与所述第三mii接口连接；

24、所述第三数据选择器的输入端与所述第二fifo缓存器连接，第二输出端与所述第五数据选择器的第一输入端连接；

25、所述第四数据选择器的输入端与所述第三fifo缓存器连接，第二输出端与所述第五数据选择器的第二输入端连接；

26、所述第五数据选择器的输出端与所述路线延时等长处理器连接。

27、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制系统中，所述ethercat从站内设置有用于转发数据帧的esc芯片。

28、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种冗余控制方法，包括：

29、在ethercat主站和多个ethercat从站中设置至少一个冗余扩展从站；所述冗余扩展从站包括fpga芯片、分别与所述fpga芯片连接的第一phy收发器、第二phy收发器和第三phy收发器；所述第一phy收发器对接所述ethercat主站或所述ethercat从站，所述第二phy收发器和所述第三phy收发器均对接所述ethercat从站；

30、在所述第一phy收发器、所述第二phy收发器、所述第三phy收发器与所述fpga芯片之间构建三路网络通信；

31、利用所述fpga芯片控制所述三路网络通信进行数据帧的转发和数据帧走不同转发路线的延时等长处理。

32、另一方面，在本发明实施例提供的上述冗余控制方法中，在利用所述fpga芯片控制所述三路网络通信进行数据帧的转发和数据帧走不同转发路线的延时等长处理之前，还包括：

33、利用所述fpga芯片判断所述第二phy收发器和所述第三phy收发器的link状态，根据判断结果决定数据帧的传输路线。

34、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种冗余控制系统，包括：ethercat主站，多个ethercat从站，以及至少一个冗余扩展从站；冗余扩展从站包括fpga芯片，分别与fpga芯片连接的第一phy收发器、第二phy收发器和第三phy收发器；第一phy收发器对接ethercat主站或ethercat从站，第二phy收发器和第三phy收发器均对接ethercat从站；第一phy收发器、第二phy收发器、第三phy收发器结合fpga芯片组成三路网络通信；fpga芯片，用于控制三路网络通信进行数据帧的转发和数据帧走不同转发路线的延时等长处理。

35、本发明的有益效果在于，本发明提供的上述冗余控制系统，在ethercat主站和ethercat从站之间或ethercat从站和ethercat从站之间增加了冗余扩展从站的设计，利用冗余扩展从站的fpga芯片来控制三路网络通信进行数据帧的转发和数据帧走不同转发路线的延时等长处理，三路网络通信一路对接ethercat主站或ethercat从站，另外两路在fpga芯片的控制下实现冗余功能，进而为不支持冗余功能的ethercat主站或不在冗余回路中的从站提供一个增加主站设备的系统稳定性和可靠性的方案，解决了不支持冗余功能的主站在某些应用的场景无法适用，以及支持冗余功能的主站在多拓扑的情况下有些支路无法连接到冗余回路中的技术问题。

36、此外，本发明还针对冗余控制系统提供了相应的冗余控制方法，与上述提到的冗余控制系统具有相同或相对应的技术特征，效果同上。