一种应用于工业物联网的数据存储设备的制作方法

本实用新型涉及数据处理技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种应用于工业物联网的数据存储设备。

背景技术：

在工业物联网中，各个终端工业设备往往需要记录存储生产数据，通过对这些数据的汇总、分析来改善设备和提高生产效率，而随着生产规模的扩大工业物联网中需要记录存储的数据量会激增，数据的存储会变的更加频繁、更高的容量。因而，如何高效、准确地存储基于工业物联网的数据，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中过一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案配关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种应用于工业物联网的数据存储设备，所述设备包括tcp/ip网络通信模块、第一电源模块、第一时钟模块、emmc存储模块和主控芯片；

所述tcp/ip网络通信模块，用于实现与工业物联网中的多个设备建立连接，接收所述多个设备中各个设备的网络通信数据，并将所述网络通信数据传输至所述主控芯片中的网络通信控制器；

所述第一电源模块，与所述主控芯片相连接，用于为所述数据存储设备提供工作电压；

所述第一时钟模块，与所述主控芯片相连接，用于为所述主控芯片提供工作时钟；

所述主控芯片，用于实现对所述tcp/ip网络通信模块的控制、通信协议的解析处理、存储数据的缓存和对所述emmc存储模块的读写控制；

所述emmc存储模块，与所述主控芯片相连接，用于存储所述主控芯片发送的数据。

优选的是，所述tcp/ip网络通信模块由w5500以太网通信控制芯片、rj-45网络接口、spi主从接口、第二电源和第二时钟模块构成；

所述w5500以太网通信控制芯片，用于实现tcp/ip以太网控制；

所述rj-45网络接口，用于以太网通信线缆的连接；

所述spi主从接口，与所述w5500以太网通信控制芯片以及所述主控芯片相连接，用于实现所述tcp/ip网络通信模和所述主控芯片的数据通信；

所述第二电源模块，与所述w5500以太网通信控制芯片相连接，用于为所述tcp/ip网络通信模块供电；

所述第二时钟模块，与所述w5500以太网通信控制芯片相连接，用于为所述w5500以太网通信控制芯片提供工作时钟。

优选的是，所述主控芯片采用fpga。

优选的是，所述fpga芯片型号采用xc6slx9ftg256biv1509。

优选的是，所述主控芯片包括：用于实现对tcp/ip网络通信模块进行控制的网络通信控制器，所述网络通信控制器与所述tcp/ip网络通信模块通过所述spi主从接口相通信；

所述网络通信控制器包括：

以太网通信模块，所述以太网通信模块用于控制所述w5500网络通信芯片的工作状态、数据和命令的接收与发送；

spi通信模块，所述spi通信模块包含spi驱动控制、spi数据接收和spi数据发送三个子模块，所述spi通信模块用于和所述w5500以太网通信控制芯片进行命令、数据交互，完成spi地址、命令、数据的配置和解析；

数据缓存模块，与所述spi通信模块相连接，包括接收缓存fifo和发送缓存fifo，所述接收缓存fifo用于存储检测到的所述w5500以太网通信控制芯片的状态信息及接收到的以太网数据，所述发送缓存fifo用于发送数据。

优选的是，所述主控芯片包括：通信协议解析控制器，与所述以太网通信模块相连接；

所述通信协议解析控制器，包括：

命令解析模块，用于解析所述网络通信控制器接收的tcp数据帧，并将解析的字节段分配给数据存储控制指令模块、数据缓存管理模块和内部状态寄存器模块；

所述数据存储控制指令模块，与所述命令解析模块相连接，用于接收与执行所述命令解析模块分配的所述字节段中的控制命令，根据所述控制命令启动所述emmc控制器进行数据的存储；

所述数据缓存管理模块，与所述命令解析模块相连接，用于接收所述命令解析模块分配的字节段和所述主控芯片中数据缓存控制器的数据，并指示所述数据缓存控制器进行复位，启动所述数据缓存控制器进行数据缓存；

所述内部状态寄存器，与所述命令解析模块相连接，用于接收所述主控芯片内各模块的工作状态信息；

数据组帧模块，用于将所述内部状态寄存器的配置信息和工作模式汇合为数据帧。

优选的是，所述主控芯片包括：用于对所述emmc存储模块进行读写控制的emmc控制器，所述emmc控制器包括：

时钟管理模块，用于所述emmc控制器提供工作时钟，包括提供初始化时钟和数据传输时钟，并在初始化完成后进行时钟的切换；

emmc初始化控制模块，与所述时钟管理模块相连接，用于在所述数据存储设备上电复位后控制命令通信模块下发初始化配置数据至所述emmc存储模块；

所述命令通信模块，与所述emmc初始化控制模块相连接，用于实现所述emmc控制器与所述emmc存储模块之间的存储控制命令的下发和针对所述存储控制命令的回应命令的接收；

数据传输模块，用于实现所述emmc存储模块数据线上的写数据发送和读数据接收；

emmc读写命令发起模块，与所述命令通信模块相连接，用于实现数据传输时读写控制命令的下发；

数据传输控制模块，与所述数据传输模块相连接，用于控制所述数据传输模块读取写数据缓存fifo和写入读数据缓存fifo。

优选的是，所述主控芯片包括：数据缓存控制器，与所述emmc控制器和所述通信写解析控制器相连接；

所述数据缓存控制器包括：

写数据缓存控制模块，用于实现来自所述通信协议解析模块的字节数据缓存；

读数据缓存控制模块，用于对所述emmc控制器读出的数据进行缓存，并将数据读出至所述通信协议解析控制器进行组帧。

相比现有技术，本实用新型至少包括以下有益效果：

通过上述由tcp/ip网络通信模块、第一电源模块、第一时钟模块、emmc存储模块和主控芯片构成的存储设备，可实现工业网络数据的直接存储和读取，且通过主控芯片和emmc存储模块可提高数据存储速率和准确性，降低数据传输错误率。

本实用新型所述的应用于工业物联网的数据存储设备，本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种应用于工业物联网的数据存储设备的结构示意图。

图2为本实用新型所述的另一种应用于工业物联网的数据存储设备的结构示意图。

图3为本实用新型所述的应用于工业物联网的数据存储设备中的tcp/ip网络通信模块的结构示意图。

图4为本实用新型所述的应用于工业物联网的数据存储设备中的网络通信控制器的结构示意图。

图5为本实用新型所述的应用于工业物联网的数据存储设备中通信协议解析控制器的结构示意图。

图6为本实用新型所述的应用于工业物联网的数据存储设备中emmc控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图6所示，本实用新型提供了一种应用于工业物联网的数据存储设备，该设备包括tcp/ip网络通信模块1、第一电源模块2、第一时钟模块3、emmc存储模块5和主控芯片4，其中：

所述tcp/ip网络通信模块1，用于实现与工业物联网中的多个设备建立连接，接收所述多个设备中各个设备的网络通信数据，并将所述网络通信数据传输至所述主控芯片中的网络通信控制器41，以使所述网络通信控制器41对所述网络通信数据进行控制和处理；

所述第一电源模块2，与所述主控芯片4相连接，用于为所述数据存储设备提供工作电压；

所述第一时钟模块3，与所述主控芯片4相连接，用于为所述主控芯片4提供工作时钟；

所述主控芯片4，用于实现对所述tcp/ip网络通信模块1的控制、通信协议的解析处理、存储数据的缓存和对所述emmc存储模块5的读写控制；

所述emmc存储模块5，与所述主控芯片4相连接，用于存储所述主控芯片4发送的数据。

上述技术方案的有益效果：通过上述由tcp/ip网络通信模块1、第一电源模块2、第一时钟模块3、emmc存储模块5和主控芯片4构成的存储设备，可实现工业网络数据的直接存储和读取，且通过主控芯片4和emmc存储模块5可提高数据存储速率和准确性，降低数据错误率。emmc存储模块5即emmc(embeddedmultimediacard)芯片。

如图1至图3所示，在一个实施例中，所述tcp/ip网络通信模块1由w5500以太网通信控制芯片(w5500是一款高性价比的物联网芯片)、rj-45网络接口(rj-45接口网卡是最为常见的一种网卡,也是应用最广的一种接口类型网卡)、spi(serialperipheralinterface，串行外设接口)主从接口、第二电源和第二时钟模块构成；

所述w5500以太网通信控制芯片，用于实现tcp/ip以太网控制；

所述rj-45网络接口，用于以太网通信线缆的连接；

所述spi主从接口，与所述w5500以太网通信控制芯片以及所述主控芯片4相连接，用于实现所述tcp/ip网络通信模和所述主控芯片4的数据通信；

所述第二电源模块，与所述w5500以太网通信控制芯片相连接，用于为所述tcp/ip网络通信模块1供电；

所述第二时钟模块，与所述w5500以太网通信控制芯片相连接，用于为所述w5500以太网通信控制芯片提供工作时钟。

通过该tcp/ip(transmissioncontrolprotocol/internetprotocol，传输控制协议/网际协议)网络通信模块中的spi主从接口可实现与主控芯片4的数据通信，从而能够从网络中获取读取，并发送至该主控芯片4，然后通过该主控芯片4存储至emmc存储设备5；同时也可通过该主控芯片4，读取emmc存储设备5中的数据，然后利用该tcp/ip网络通信模块1高效、快速传输至网络中。

在一个实施例中，所述主控芯片4采用fpga(fieldprogrammablegatearray)芯片。

在一个实施例中，所述fpga芯片型号采用xc6slx9ftg256biv1509。

如图4所示，在一个实施例中，所述主控芯片4包括：用于实现对tcp/ip网络通信模块1进行控制的网络通信控制器41，所述网络通信控制器41与所述tcp/ip网络通信模块1通过所述spi主从接口相通信；

所述网络通信控制器41包括：

以太网通信模块，所述以太网通信模块用于控制所述w5500网络通信芯片的工作状态、数据和命令的接收与发送；

spi通信模块，所述spi通信模块包含spi驱动控制、spi数据接收和spi数据发送三个子模块，所述spi通信模块用于和所述w5500以太网通信控制芯片进行命令、数据交互，完成spi地址、命令、数据的配置和解析；

数据缓存模块，与所述spi通信模块相连接，包括接收缓存fifo和发送缓存fifo，所述接收缓存fifo用于存储检测到的所述w5500以太网通信控制芯片的状态信息及接收到的以太网数据，所述发送缓存fifo用于发送数据。

作为一种具体示例，网络通信控制器41的工作方式为：

1)系统上电初始化，根据以太网配置命令，将以太网控制器w5500(即w5500网络通信芯片)配置为服务器模式，等待客户端建立tcp连接。服务器配置过程为：根据配置命令(ip地址、端口号等)，以太网通信模块中的w5500状态控制子模块控制信息配置过程，配置信息交由spi驱动控制模块，设置spi地址，并通过spi数据发送子模块，将配置信息通过spi总线协议，实现对w5500(即w5500网络通信芯片)的寄存器配置。

2)客户端成功连接后，w5500状态控制子模块进入轮询检测模式，当检测到w5500接收中断时，开启w5500接收控制，实现以太网数据接收。数据接收过程为：w5500状态控制子模块检测到接收中断后，启动w5500接收控制，首先清除w5500接收中断，再读取w5500控制器接收缓存的起始地址、结束地址，然后发送接收命令；数据通过spi总线，通过spi驱动控制和spi接收控制子模块，实现对数据的接收和解析，并将用户数据存放在接收缓存fifo中；等到接收完成，w5500发送控制模块发送指令，更新接收缓存的地址和寄存器配置。

3)若w5500状态控制子模块没有检测到w5500接收中断，则进入发送检测，若以太网配置命令开启数据发送，则启动w5500发送控制子模块，实现数据发送。数据发送过程为：以太网通信模块收到数据发送命令后，w5500发送控制子模块开启发送，首先读取w5500控制器的写入首地址，然后将待发送数据写入w5500发送缓存区；写入完成后，启动发送指令，开启发送，读取发送中断，判断传输是否完成；传送完成后，清除发送中断，w5500状态控制子模块回到轮询检测模式。

如图5所示，在一个实施例中，所述主控芯片4包括：通信协议解析控制器42，与所述以太网通信模块相连接；

所述通信协议解析控制器42，包括：

命令解析模块，用于解析所述网络通信控制器41接收的tcp数据帧，并将解析的字节段分配给数据存储控制指令模块、数据缓存管理模块和内部状态寄存器模块；

解析的tcp数据帧由控制指令(32字节)和数据(512字节)构成，其中的控制指令包含有数据的地址(4字节)、数据的块数(4字节)和工作模式(1字节)；

所述数据存储控制指令模块，与所述命令解析模块相连接，用于接收与执行所述命令解析模块分配的所述字节段中的控制命令，根据所述控制命令启动所述emmc控制器43进行数据的存储；

所述数据缓存管理模块，与所述命令解析模块相连接，用于接收所述命令解析模块分配的(512)字节段和所述主控芯片4中数据缓存控制器44的数据，并指示所述数据缓存控制器44进行复位，启动所述数据缓存控制器44进行数据缓存(即启动缓存控制器进行fifo写数据缓存和fifo读数据缓存)；

所述内部状态寄存器，与所述命令解析模块相连接，用于接收所述主控芯片4内各模块的工作状态信息；

数据组帧模块，用于将所述内部状态寄存器的配置信息和工作模式汇合为数据帧，具体地，将内部状态寄存器的配置信息和工作模式等数据汇合为数据帧，并在进行tcp数据的传输时加在数据的前端，以提供网络中各个设备获取存储器的工作信息。

如图6所示，在一个实施例中，所述主控芯片4包括：用于对所述emmc存储模块5进行读写控制的emmc控制器43，所述emmc控制器43包括：

时钟管理模块，用于所述emmc控制器43提供工作时钟，包括提供初始化时钟和数据传输时钟，并在初始化完成后进行时钟的切换；

emmc初始化控制模块，与所述时钟管理模块相连接，用于在所述数据存储设备上电复位后控制命令通信模块下发初始化配置数据至所述emmc存储模块5；

所述命令通信模块，与所述emmc初始化控制模块相连接，用于实现所述emmc控制器43与所述emmc存储模块5之间的存储控制命令的下发和针对所述存储控制命令的回应命令的接收；

数据传输模块，用于实现所述emmc存储模块5数据线上的写数据发送和读数据接收；

emmc读写命令发起模块，与所述命令通信模块相连接，用于实现数据传输时读写控制命令的下发；

数据传输控制模块，与所述数据传输模块相连接，用于控制所述数据传输模块读取写数据缓存fifo和写入读数据缓存fifo。

通过该emmc控制器43，可于数据缓存控制器44中的写数据缓存fifo和读数据缓存fifo进行交互，并对emmc存储模块5进行控制，从而高效地完成网络数据的写入与读取，且数据传输模块具有crc16校验值计算、写数据控制和读数据控制，可对数据的准确性进行校验，从而提高数据传输的准确性，降低数据错误率。

作为一种具体示例，emmc控制器43的工作方式为：

1)在主控芯片4内部的emmc控制器43上电复位后，emmc控制器43中的初始化模块首先进行初始化配置，在主控端通过cmd信号线下发多个初始化配置命令，每次下发的命令都有回应消息。主控端每次下发命令后接收回应的消息，通过对回应消息的解析判断命令下发是否成功，同时根据回应的命令确定emmc的工作状态。

2)emmc控制器43完成对emmc芯片的初始化后，此时emmc进入数据传输状态，在该状态进行工作时钟的切换。在进行初始化配置时，emmc的工作时钟为低速时钟，当完成各个工作模式的配置后，主控器需要进工作时钟切换至高速时钟，以使得emmc能够进行高速的数据存储。

3)在emmc存储模块5进入数据传输状态后，将会等待上层应用模块发起读写数据的起始地址，当接收到控制信号发起数据的读写后，控制器将会将读写数据的起始地址通过cmd下发至emmc，并且主控器开启数据的接收和发送功能。

4)在进行数据的读功能期间，emmc控制器43的数据接收模块将会检测data信号线的数据，当接收到起始码0x00时，接收模块开始在工作时钟下读取data信号线的数据，当接收完512字节数据后开始进行校验值的获取。当接收模块接收到一块地址的数据后，接收模块开始进行数据的完整性校验，只有当接收的crc与主控器接收数据校验计算得到的crc值相同时，表示数据接收正确。

5)在进行数据的写功能期间，emmc控制器43的数据发送模块将会等待上层应用将待写的数据写入至fifo，当检测到缓存fifo的数据达到512字节时，开始从中读出数据进行发送。数据信号线data首先发送起始码0x00，之后发送模块开始在工作时钟下按字节读取缓存fifo的数据传输至data信号线上，在发送数据段时同时进行校验值的计算。最后完成数据的发送后，发送模块会等待接收crc校验回应，当接收的回应校验值正确时完成数据的写入。

在一个实施例中，所述主控芯片4包括：数据缓存控制器44，与所述emmc控制器43和所述通信写解析控制器相连接；

所述数据缓存控制器44包括：

写数据缓存控制模块，用于实现来自所述通信协议解析模块的字节数据缓存；

该写数据缓存控制模块由fifo写数据控制模块、fifo模块和fifo读数据控制模块构成，用于实现来自通信协议解析控制器42的512字节数据缓存。其中，fifo写数据控制模块实现数据写入fifo的控制，fifo模块(即写数据缓存fifo)实现数据的异步存储和读写，fifo读数据控制模块实现数据读出至emmc控制器43；

读数据缓存控制模块，用于对所述emmc控制器43读出的数据进行缓存，并将数据读出至所述通信协议解析控制器42进行组帧。

该读数据缓存控制模块由fifo读数据控制模块、fifo模块(即读数据缓存fifo)和fifo写数据控制模块构成，用于对emmc读出的数据进行缓存，并将数据读出至通信协议解析控制器42进行组帧。而其中，fifo读数据控制模块用于读出512字节到通信协议解析控制器42进行tcp数据的组帧，fifo模块用于缓存读出的emmc数据，fifo写数据控制用于将emmc数据写入fifo缓存中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。