用于RTU冗余系统的内置以太网交换机设计的制作方法

本公开总地涉及工业过程控制和自动化系统。更具体地，本公开涉及用于远程终端单元冗余系统的内置以太网交换机。

背景技术：

远程终端单元（rtu）表示在远离监督控制和数据采集（scada）系统或其它自动化系统的场所处提供本地化控制和数据访问的设备或系统。例如，多个rtu可以用在不同场所处并且出于不同目的而用在石油和天然气领域中。rtu可以使用传感器和致动器在不同场所（诸如井、管道和压缩站）处收集数据、执行本地控制、记录历史值，并且向自动化系统提供实时和历史数据。自动化系统可以执行控制逻辑并且经由rtu更改不同场所处的致动器的操作。rtu本身还可以并入算法以用于数据分析。

一般而言，rtu已经在用途和复杂性方面从其20世纪七十年代的早期设计增加。如今，rtu通常需要可靠地支持一大套的专用网络能力和协议，以及支持大量的控制执行模型并且提供智能设备集成。

技术实现要素：

本公开提供一种用于远程终端单元冗余系统的内置以太网交换机。

在第一示例中，装置包括被配置为耦合到包含第一和第二以太网端口的载体板的控制器板。装置包括计算机处理电路，其包括第一和第二mac并且被配置为选择通过第一mac向第一以太网端口传送分组以及可替换地选择通过第二mac向第二以太网端口传送分组。装置包括以太网交换机，其被配置为从第一介质访问控制（mac）接收分组并且将分组传送到第一以太网端口。装置包括物理以太网接口（phy），其被配置为从第二mac接收分组并且将分组传送到第二以太网端口。计算机处理电路、以太网交换机和phy安装在控制器板上。

在第二示例中，载体板包括至少一个连接器，其被配置为将载体板物理地且通信地耦合到控制器板。载体板包括耦合到至少一个连接器的第一和第二以太网端口。载体板包括第一布线，其被配置为将至少一个连接器耦合到第一以太网端口。载体板包括第二布线，其被配置为将至少一个连接器耦合到第二以太网端口。载体板被配置为响应于通过第一布线从控制器板接收上行链路分组，而将上行链路分组运输到第一以太网端口。载体板被配置为响应于通过第二布线从控制器板接收上行链路分组，而将上行链路分组运输到第二以太网端口。

在第三示例中，系统包括至少一个远程终端单元（rtu）控制器模块。每一个rtu控制器模块包括控制器板，该控制器板被配置为耦合到包括第一和第二以太网端口的载体板。每一个rtu控制器模块包括计算机处理电路，其包括第一和第二mac并且被配置为选择通过第一mac向第一以太网端口传送分组以及可替换地选择通过第二mac向第二以太网端口传送分组。每一个rtu控制器模块包括以太网交换机，其被配置为从第一介质访问控制（mac）接收分组并且将分组传送到第一以太网端口。每一个rtu控制器模块包括物理以太网接口（phy），其被配置为从第二mac接收分组并且将分组传送到第二以太网端口。每一个rtu控制器模块在其中包括安装于控制器板上的计算机处理电路、以太网交换机和phy。

通过以下附图、说明和权利要求书，本领域技术人员可以容易清楚其它技术特征。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其特征，现在参照结合附图考虑的以下描述，在附图中：

图1图示了根据本公开的具有远程终端单元（rtu）的示例工业控制和自动化系统；

图2到3b图示了根据本公开的示例rtu的细节；

图4图示了根据本公开的冗余rtu系统；

图5图示了根据本公开的冗余rtu载体板上的两个以太网交换机芯片；

图6图示了根据本公开的冗余通信架构；

图7图示了图6的冗余rtu硬件架构的附加细节；以及

图8图示了根据本公开的包括非冗余rtu载体板的非冗余rtu硬件架构。

具体实施方式

以下所讨论的图1到8以及在该专利文献中用于描述本发明的原理的各种示例仅作为说明并且不应当以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将理解的是，本发明的原理可以以任何适当的方式并且在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

图1图示了根据本公开的具有rtu102的示例工业控制和自动化系统100。要指出的是，rtu102在本领域中还可以被称为远程遥测单元。还要指出的是，尽管此处示出单个rtu102，但是系统100可以包括分布在一个或多个地理区域中的任何数目的rtu102。

rtu102表示在远离监督控制和数据采集（scada）系统或其它控制系统104的场所处提供本地化控制和数据访问的设备或系统。例如，rtu102可以位于石油、天然气或水井或电力分站处或附近。在这些或其它情况下，rtu102可以用于从本地传感器收集数据并且处理该数据以生成用于本地致动器的控制信号。rtu102还可以在需要的时候与控制系统104交互。这样，可以在远离控制系统104的位置处提供过程控制和自动化功能。控制系统104被示出为通过有线网络105并且使用无线连接，诸如经由微波、蜂窝或其它射频（rf）通信与rtu102通信。然而，rtu102可以通过（多个）任何适当的有线或无线连接与控制系统104通信。在一些实施例中，组件102-104通常可以使用有线连接通信，其中无线通信被用作备份。

rtu102还与一个或多个工业现场设备106通信和交互。现场设备106可以包括测量过程的一个或多个特性的传感器、更改过程的一个或多个特性的致动器、或者其它工业现场设备。在该示例中，rtu102使用有线连接108与现场设备106通信。有线连接108可以包括串行连接（诸如rs232或rs485连接）、以太网连接、工业协议连接或其它有线连接。然而，要指出的是，rtu102还可以无线地与一个或多个现场设备106通信。

rtu102在该示例中还与至少一个本地用户设备110通信和交互。用户设备110可以由人员使用以与rtu102或与和rtu102通信的现场设备106或控制系统104交互。用户设备110包括支持与rtu的用户交互的任何适当的结构。

可以可选地与rtu102一起使用各种其它组件。例如，rtu102可以与诸如显示屏或操作者控制台之类的一个或多个人机接口（hmi）112交互。hmi112可以用于从rtu102接收数据或者向rtu102提供数据。一个或多个安全相机114（诸如网际协议相机）可以用于捕获静止或视频图像并且经由rtu102将图像提供给远程位置（诸如安全中心）。无线的无线电设备116可以用于支持rtu102与远程接入点118之间的无线通信，该远程接入点118经由网络105与控制系统104或其它远程系统通信。其它远程系统可以包括现场设备管理器（fdm）120或其它资产管理器和/或rtu构建器122。fdm120可以用于配置和管理诸如现场设备（包括现场设备106）的资产，并且rtu构建器122可以用于配置和管理rtu（包括rtu102）。

rtu102具有支持输入/输出（i/o）信道类型的灵活混合的能力。例如，信道类型可以包括模拟输入（ai）、模拟输出（ao）、数字输入（di）、数字输出（do）和脉冲累加器输入（pi）。ai和ao可以支持或者可以不支持数字通信，诸如通过服从高速通道可寻址远程换能器（hart）协议的4-20ma连接的数字通信。一些rtu102可以使用具有固定数目的输入和输出的i/o卡来实现i/o信道类型的期望混合，其中每一个输入或输出固定为特定类型。其它rtu102可以使用具有可重新配置的输入或输出的i/o卡来实现i/o信道类型的期望混合。此外，一些rtu102可以是可扩展的，使得一个或多个i/o模块（每一个i/o模块具有一个或多个i/o信道）可以与rtu102一起使用。

在特定实施例中，rtu102可以具有以下特征中的一个、一些或全部。第一，rtu102可以支持低功率（诸如从大约1.8w到大约4w）操作，以及“具有备用电池的太阳能供电的”操作。第二，rtu102可以支持扩展的温度范围中的操作，诸如从大约-40℃到大约+75℃。第三，rtu102可以支持扩展，使得可配置数目的i/o信道可以与rtu102一起使用。第四，rtu102可以支持各种控制执行方法，诸如功能块、梯型逻辑、用户结构化的文本和编程以及序列操作。第四，rtu102可以支持用于现场和设备供电的传送器和智能阀定位器两者的双线、三线或四线模拟输入和输出。第五，rtu102可以支持其它i/o类型而没有混合方面的约束，包括ai、具有数字通信的ai、ao、具有数字通信的ao、di（包括事件或“di-soe”输入的数字输入序列）、do和pi。第六，rtu102可以支持rtu控制模块冗余性。第七，rtu102可以支持rtu定价，其低于常规分布式控制系统（dcs）设备。

尽管图1图示了具有rtu102的工业控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1做出各种改动。例如，系统100可以包括任何数目的每一种组件。同样地，图1中所示的功能划分仅用于说明。根据特定需要，图1中的各种组件可以组合、细分或忽略并且可以添加附件组件。另外，尽管被示为与有线现场设备一起使用，但是rtu102可以仅与无线现场设备或者与有线和无线现场设备二者一起使用。此外，图1图示了其中可以使用rtu102的一个示例操作环境。可以在任何其它适当的系统中使用一个或多个rtu。

图2到3b图示了根据本公开的示例rtu102的细节。出于解释的目的，rtu102被描述为使用在图1的系统100中。然而，rtu102可以在任何其它适当的系统中使用。

图2图示了具有冗余控制器模块202a-202b、第一组i/o模块204a-204n和扩展板206的rtu102的示例。每一个控制器模块202a-202b表示执行控制逻辑和rtu102的其它功能的模块。例如，每一个控制器模块202a-202b可以执行控制逻辑，其分析传感器数据并且生成用于致动器的控制信号。每一个控制器模块202a-202b还可以执行控制rtu102的总体操作的功能，诸如支持与外部设备或系统的通信的功能。每一个控制器模块202a-202b包括用于控制rtu的一个或多个操作的任何适当的结构。在一些实施例中，每一个控制器模块202a-202b包括执行linux或其它操作系统的至少一个处理设备。

i/o模块204a-204n经由i/o模块204a-204n的i/o信道而支持控制器模块202a-202b与外部设备或系统（诸如现场设备106）之间的通信。每一个i/o模块204a-204n包括支持使用一个或多个i/o信道的电路。如果i/o模块支持使用一个或多个可重新配置的i/o信道，则i/o模块204a-204n还包括在需要的时候配置至少一个i/o信道的电路。该电路可以用于在期望的时候配置和重新配置每一个i/o信道。例如，示例类型的可重新配置的i/o信道在美国专利号8,072,098；美国专利号8,392,626和美国专利号8,656,065中示出（特此通过引用以其整体并入所有这些专利）。同样地，可重新配置i/o信道在rtu中的使用在美国专利申请号14/228,142中描述（特此通过引用以其整体并入该专利申请）。rtu102可以包括任何数目的i/o模块204a-204n。在一些实施例中，指定数目的i/o模块204a-204n（诸如八个模块）可以内置于rtu102中。

扩展板206允许rtu102耦合到扩展板208，扩展板208耦合到第二组i/o模块210a-210n。i/o模块210a-210n可以具有与i/o模块204a-204n相同或类似的结构，并且可以在第二组中使用任何数目的i/o模块210a-210n（诸如八个模块）。扩展板212可以用于耦合到第三组i/o模块。可以以类似方式添加附加的i/o模块。

每一个扩展板206、208、212包括促进一个或多个i/o模块到rtu的添加的任何适当的结构。在该示例中，通过rtu102形成两个电气路径214a-214b，并且电气路径214a-214b在回路216处相遇。电气路径214a-214b可以以任何适当的方式形成，诸如通过使用以太网连接和通过i/o模块和扩展板的电气路径。回路216可以用于指示当前没有附加的i/o模块连接到rtu102。然而，要指出的是，回路216还可以放置在扩展板206上以指示当前没有附加组i/o模块连接到rtu102。

电源（ps）218向rtu102的组件提供操作电力。电源218包括被配置为向rtu提供操作电力的（多个）任何适当的结构。例如，电源218可以包括一个或多个电池、太阳能面板、燃料电池或（多个）其它电力源。

在一些实施例中，控制器模块202a-202b使用分离的电路板实现。冗余控制器模块202a-202b之间的通信可以经由电路板的各种通信接口而发生。如果冗余控制器模块202a-202b存在于rtu102中（情况不需要总是这样），则rtu102可以自动地管理哪个冗余控制器模块具有对每一个i/o模块的控制并且在控制器模块发生故障时提供无缝切换。

图3a和3b图示了关于示例rtu102的附加细节。图3a示出了rtu102的背板302包括两个控制器安装槽304，其中每一个安装槽304包括连接器306，连接器306被配置为连接到控制器模块202a-202b的板到板连接器。在图3b中，冗余控制器模块202a-202b经由其板到板连接器插入rtu102的背板302中，并且外壳构件308a-308b用于覆盖和保护控制器模块202a-202b。外壳构件308a-308b可以具有任何适当的大小、形状和尺寸，并且由（多种）任何适当的材料（诸如金属或加固塑料）形成。（多种）类似的材料可以用于覆盖背板302。

rtu102还包括促进与其它设备和系统的通信的各种端口310a-310b。例如，端口310a可以表示上行链路/下行链路端口，并且端口310b可以表示rs232端口。其它或附加的端口（诸如两个rs485端口）可以与rtu102一起使用。端口310a可以用于经由网络105将rtu102耦合到更高级或更低级的设备，诸如控制系统104、fdm120或rtu构建器122。端口310a可以表示用于耦合到一个或多个通信链路的任何适当的结构，诸如以太网端口。端口310b和rs485端口可以用于将rtu102耦合到一个或多个现场设备或使用rs232或rs485串行协议的其它设备。

图4图示了根据本公开的冗余rtu系统400。冗余rtu系统400运用两个独立交换机来实现与工作站的冗余通信。冗余rtu系统400包括冗余rtu102a-102b、冗余服务器422a-422b（每一个总地由参考标号422引用，诸如图1的rtu构建器122）以及居间连接于rtu对与服务器对之间的冗余交换机404a-404b（每一个总地由参考标号404引用）。也就是说，独立交换机404a-404b处于彼此的外部以及rtu对102a-102b和服务器对422a-b的外部。在某些实施例中，冗余rtu是指包括冗余控制器模块202a-202b的单个rtu102。在某些实施例中，交换机404是2端口交换机，其中一个端口连接到与冗余服务器422a-422b相连的以太网总线，并且另一以太网端口连接到与冗余rtu102a-102b相连的总线。在某些实施例中，服务器422包括数据库426。服务器422可以称作以太网节点。

以太网交换机404通常消耗若干瓦特或甚至更多，这取决于交换机可以支持多少个端口。对于5端口交换机，典型的功耗将大概为2瓦。相应地，要求总共至少4瓦以使用5端口交换机进行冗余通信。对于太阳能供电或电池供电的应用而言，提供4瓦的连续功率是有挑战的。

附加地，对于交换机404，空间占用——其意味着所占据的空间量——是一个顾虑，对于rtu应用同样如此，这是因为rtu102和以太网i/o通常封闭在机壳内。对于系统400，在其中放置rtu对102a-102b的机壳需要足够大以预留足够空间来封闭交换机对404a-404b。

作为第三个挑战，布线在系统400中非常复杂。也就是说，每一个rtu分别通过将每一个rtu连接到每一个交换机的两个通信路径以及还将每一个交换机连接到每一个服务器的两个通信路径来实现与冗余服务器422a和422b的冗余通信。具体来说，rtu102a通过第一线缆布线406连接到交换机404a并通过第二线缆布线408连接到交换机404b；并且rtu102b通过第三线缆布线410连接到交换机404a并通过第四线缆布线412连接到交换机404b。服务器422a通过第五线缆布线414连接到交换机404a并通过第六线缆布线416连接到交换机404b；并且服务器422b通过第七线缆布线418连接到交换机404a并通过第八线缆布线420连接到交换机404b。如图4中所示，总共存在该冗余通信架构所要求的八个线缆布线，并且第九线缆布线424将rtu102a连接到rtu102b以作为用于冗余同步的私有路径。鉴于潜在的人类误差，实现复杂布线设计中的准确度是有挑战的。

作为另外的挑战，系统400中的每一个工业以太网交换机404是昂贵的。也就是说，该系统400的仪器的总成本可能是高的。

图5图示了根据本公开的冗余rtu载体板上的两个以太网交换机芯片。在图5中所示的冗余通信架构中，背板，诸如背板302，包括rtu载体板502。rtu载体板502包括冗余的3端口以太网交换机芯片504a-504b（sw1和sw2）（总地通过参考标号504引用）。为了替换与连接线缆布线424相关联的现场体力劳动，rtu载体板502包括板载布线530，其将cpu518a连接到cpu518b以作为用于冗余同步的私有路径。为了替换与连接线缆布线406、408、410和412相关联的现场体力劳动，rtu载体板502包括相应的板载布线506、508、510和512，其将交换机芯片504a-504b连接到至载体连接器的控制器（未示出），诸如图3的连接器306。至载体连接器的控制器被配置为将rtu控制器板514物理地且通信地耦合（例如连接）到rtu载体板502。rtu载体板502包括冗余物理以太网接口（phy）芯片516a-516b（总地通过参考标号516引用）以及冗余变换器520a-520b。

3端口以太网交换机芯片504替换独立交换机404，由此移除与外部交换机404相关联的高功耗和昂贵的问题。例如，交换机芯片504可以是三端口管理的以太网交换机，诸如来自microtel公司的型号ksz8873芯片，其消耗比独立交换机404更少的功率。同样地，交换机芯片504的占用空间小于外部交换机404的占用空间。通过移除独立交换机404并且包括rtu载体板502上的交换机芯片504，在其中放置rtu的机壳的占用空间可以更小，这是因为不需要预留用于外部或独立交换机404的空间。

交换机芯片504可以配置用于phy模式或mac模式。phy模式用于将交换机接口连接到外部介质访问控制（mac）。mac模式用于将交换机接口连接到外部phy。在所示出的示例中，交换机504a-504b配置用于mac模式，并且要求两个phy芯片516a-516b（在交换机504的外部）用于每一个交换机芯片以支持以太网通信。作为另一示例，当交换机504在phy模式中配置时，phy芯片516由mac芯片替换。

可以将来自图3和4的相同冗余rtu102a-102b连接到rtu冗余载体板502。也就是说，rtu102a-102b可以包括相同种类的rtu控制器板514（单独地通过参考标号514a和514b引用）。rtu控制器板514插入安装槽304中并且连接到rtu冗余载体板502以实现通过两个以太网端口528a-528b的冗余通信路径。线缆布线可以插入或以其它方式通信耦合到以太网端口528a-528b。例如，冗余通信路径可以包括服务器422a和两个冗余交换机（即交换机芯片504a-504b）之间的第五和第六线缆布线414和416。

每一个rtu控制器板514包括cpu518以及phy522、524和526。cpu518包括至少一个处理单元，其可以例如包括至少一个处理器、微处理器、微控制器、现场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asic）或其它处理或控制设备。cpu518包括以任何各种形式存储在机器可使用、计算机可使用或计算机可读介质中的可执行指令，其中指令在被执行时使处理电路执行针对具有冗余系统中的内置以太网交换机的远程终端单元的操作。cpu518从多个通信路径中选择用于分组传送的通信路径，并且可以基于多个通信路径的状况而做出选择。例如，cpu518可以选择通过mac532或mac534向服务器422通信。同样地，cpu518可以选择通过mac536向另一rtu通信。

rtu冗余载体板502在任何单点故障的情况下提供冗余通信。例如，当rtu控制器板514a处于主动模式中时，存在两个可能的路径，即通过交换机504a的第一以太网端口528a和通过交换机504b的第二以太网端口528b。尽管rtu冗余载体板502显著地降低功耗、占用空间和成本，但是每一个rtu控制器板514要求三个以太网phy和一个以太网交换机电路。也就是说，为了使处理电路选择rtu控制器板514与以太网端口528之间的冗余路径之一，要求与rtu控制器板514的中央处理单元518（cpu）直接连接的两个以太网phy522和524（单独地通过参考标号522a-522b和524a-524b引用）以及与交换机mac604（在下文参照图6更具体地描述，并且单独地通过参考标号604a-604b引用）连接的一个phy516。更具体地，rtu控制器板514a的一个通信路径包括phy522a、布线506、交换机504a和端口528a；rtu控制器板514a的另一通信路径包括phy524a、布线508、交换机504b和端口528b。类似对的冗余通信路径适用于rtu控制器板514b。rtu控制器板514包括附加phy526（单独地通过参考标号526a-526b引用）以用于冗余同步的私有路径。

给定交换机504和phy芯片516是rtu冗余载体板502上的有源组件，如果rtu载体板损坏或故障，则交换机504a-504b和两个相关phy524-524b都将不工作。作为结果，从rtu控制器板514通过任何线缆布线414或416的以太网通信可能丢失。然而，当仅允许将无源组件放在载体板502上时，则载体板502可以被视为具有永久可靠性和稳定性。

图6图示了根据本公开的冗余通信架构600。尽管将参照冗余通信架构600的组件提供某些细节，但是应当理解的是，其它实施例可以包括更多、更少或不同的组件。要指出的是，图5的冗余通信架构中的组件504a-504b、518a-518b、520a-520b、522a-522b、526a-526b和530可以在图6中的冗余通信架构600中使用。图6中的这些组件可以以与图5中的对应组件相同或类似的方式操作。

rtu载体板602包括冗余变换器520a-520b和至诸如图3的连接器306之类的载体连接器的控制器（未示出）。至载体连接器的控制器被配置为将rtu控制器板614物理地且通信地耦合（例如连接）到rtu载体板602。如所示出的，包括rtu控制器板614a-614b的rtu（例如rtu102a-102b）连接到rtu冗余载体板602。也就是说，rtu102a-102b可以包括相同种类的rtu控制器板614。rtu控制器板614插入安装槽304中并且连接到rtu冗余载体板602以实现通过两个以太网端口628a-628b的冗余通信路径。为了替换与连接线缆布线406、408、410和412相关联的现场体力劳动，rtu载体板602包括相应的板载布线606、608、610和612，其将交换机芯片504a-504b连接到至诸如图3的连接器306之类的载体连接器的控制器（未示出）。布线606、608、610、612和530全部为印刷电路板（pcb）路线，而不是线缆。然而，布线414和416是以太网上行链路通信线缆。作为结果，系统600布线相比图4和5的布线被简化。

每一个rtu控制器板614包括交换机芯片504、phy522、cpu518和phy526。交换机芯片504包括mac604，其通过mac534连接到cpu518。phy522通过mac532连接到cpu518。phy526通过mac536连接到cpu518。

在冗余通信架构600中，不存在载体板上的有源组件，这对于向rtu控制器板的操作添加可靠性而言是技术优势。具体地，交换机芯片504a已经从载体板502移开并且移入rtu控制器板614（单独地通过参考标号614a和614b引用）中并且已经替换rtu控制器板上的一个phy芯片524。

在冗余通信架构600中，为了使处理电路选择rtu控制器板614与以太网端口528之间的冗余路径之一，每一个rtu要求单个phy芯片522和单个交换机芯片504。通过比较，冗余通信架构600包括比图5中所示的冗余通信架构少四个的phy芯片。更具体地，rtu载体板602不包括连接于交换机芯片504和变换器520之间的phy516a-516b，并且rtu控制器板614不包括连接于cpu518与交换机芯片504之间的phy524a-524b。通过减少用于冗余通信的组件数目，冗余通信架构600提供减少制造成本、减少占用空间和减少功耗的技术优势。

利用rtu控制器板614上的内置以太网交换机504，可以减少外部独立交换机的端口。在一些情况下，外部交换机可以从系统完全移除。在其中不需要冗余性的情况下，单个rtu102a可以连接到非冗余载体板以用于非冗余rtu实现（在图8中示出），并且随后在需要冗余性的时候，rtu102a（以及rtu102b）可以连接到冗余载体602以用于冗余rtu实现（在图7中示出）。相应地，可以通过使用不同设计的rtu载体板来暴露不同以太网端口而不用改变用于非冗余和冗余情形的rtu控制器硬件设计。

在冗余rtu实现中，冗余rtu载体板602被配置为使得每一个3端口交换机504的一个端口616（单独地通过参考标号616a-616b引用）被暴露，并且phy端口522连接到另一个3端口交换机的另一端口618（单独地通过参考标号618a-618b引用）。具体地，pcb布线606将交换机芯片504a的phy端口616a连接到以太网网络（例如线缆布线414和服务器422），从而将端口616a暴露于以太网网络。以类似方式，pcb布线612连接并且暴露phy616b于以太网网络（例如线缆布线416）。当cpu518选择通过其mac534传送分组时，这些所暴露的布线606、612通过本地交换机504，诸如通过mac604和所暴露的phy端口616向本地以太网端口628提供通信路径。也就是说，交换机芯片504a和以太网端口628a作为本地对应于cpu518a，并且交换机芯片504b和以太网端口628b作为本地对应于cpu518b。

可替换地，cpu518可以选择通过mac532传送分组。pcb布线608将rtu控制器板614a的phy端口522a连接到另一交换机芯片504b的phy端口618b。以类似方式，pcb布线610将rtu控制器板614b的phy端口522b连接到另一交换机芯片504a的phy端口618a。相应地，当cpu518选择通过其mac532传送分组时，这些未暴露的布线608、610不仅通过phy522和冗余交换机504二者，而且还通过冗余交换机504的所暴露的布线606、612向冗余以太网端口提供通信路径。交换机芯片504a和以太网端口628a作为冗余对应于cpu518b，并且交换机芯片504b和以太网端口628b作为冗余对应于cpu518a。作为具体示例，当cpu518选择通过其mac532传送分组时，分组遵循通信路径去往phy522a，通过未暴露的pcb布线608去往冗余交换机504b的未暴露的phy端口618b，并且去往冗余交换机504b的所暴露的phy端口616b，其中所暴露的布线612引向以太网端口628b。从cpu518b的传送可以遵循类似通信路径。

图7图示了图6的冗余rtu硬件架构600的附加细节，其包括冗余rtu载体板602。图6中所隐藏的某些特征在图7中可见。例如，冗余rtu载体板602包括至载体连接器702a和702b的两个控制器。图7中的至载体连接器702a和702b的控制器可以以与图3中的对应组件306相同或类似的方式操作。

在rtu载体板602中，pcb布线606包括从连接器702a的端口（或端子）1和2到与以太网端口628a（端口1）相关联的变换器520a的两个上行链路信道。pcb布线606包括从变换器520a到连接器702a的端口3和4的两个下行链路信道。类似地，pcb布线612包括从连接器702b的端口1和2到与以太网端口628b（端口2）相关联的变换器520b的两个上行链路信道。pcb布线612包括从变换器520b到连接器702b的端口3和4的两个下行链路信道。同样地在rtu载体板602中，pcb布线610包括从冗余连接器702b的端口9和10到本地连接器702a的端口5和6的两个接收信道。pcb布线610包括从本地连接器702a的端口7和8到冗余连接器702b的端口11和12的两个传送信道。类似地，pcb布线608包括从本地连接器702a的端口9和8到冗余连接器702b的端口5和6的两个传送信道。pcb布线610包括从冗余连接器702b的端口7和8到本地连接器702a的端口11和12的两个接收信道。

对应地，rtu控制器板614a被配置为连接到连接器702并且提供：从phy616a到连接器702a的端口1和2的两个上行链路信道；从端口3和4到phy616a的两个下行链路信道；从端口5和6到phy618a的两个接收信道；从phy618a到端口7和8的两个传送信道；以及从端口11和12到phy522的两个接收信道。

参照图7描述rtu控制器板614a的操作，并且应当理解的是，类似配置适用于rtu控制器板614b。在rtu控制器板614a中，mac534（mac#1）通过pcb布线704连接到其本地3端口以太网交换机504a的mac604，并且mac534（mac#2）通过pcb布线706连接到phy端口522a。

图8图示了根据本公开的包括非冗余rtu载体板802的非冗余rtu硬件架构。对于非冗余rtu实现，以太网phy端口522和3端口交换机504的一个phy端口616暴露于线缆布线414和416所插入的两个以太网端口828a和828b（端口1和2）。

非冗余rtu载体板802包括两个pcb布线804和806，二者类似于图7的布线606。pcb布线806包括从连接器702的端口1和2到与以太网端口828a（端口1）相关联的变换器820a的两个上行链路信道。pcb布线806包括从变换器820a到连接器702的端口3和4的两个下行链路信道。类似地，pcb布线804包括从连接器702的端口9和10到与以太网端口828b（端口2）相关联的变换器820b的两个上行链路信道。

尽管rtu控制器板614被配置为将phy618连接到连接器702的端口5-8，但是rtu载体板802不用于冗余操作。在某些实施例中，非冗余rtu载体板802不包括任何连接并且不使用连接器702的端口5-8。

当cpu518选择通过其mac534传送分组时，所暴露的布线806通过其本地交换机504，诸如通过mac604和所暴露的phy端口616，向以太网端口828a提供通信路径。当cpu518选择通过其mac532传送分组时，所暴露的pcb布线804将rtu控制器板614的phy端口522连接到以太网端口828b。

尽管图1到8图示了具有带有内置以太网交换机的rtu的工业控制和自动化系统的示例及相关细节，但是可以对图1到8做出各种改动。例如，图1到8中所示的功能划分仅用于说明。根据特定需要，图1到8中的各种组件可以组合、进一步细分或忽略并且可以添加附加的组件。

在一些实施例中，上述各种功能由从计算机可读程序代码形成的且体现在计算机可读介质中的计算机程序实现或支持。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）、硬盘驱动器、致密盘（cd）、数字视频盘（dvd）或任何其它类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质排除有线、无线、光学或传递暂时性电气或其它信号的其它通信链路。非暂时性计算机可读介质包括其中数据可永久存储的介质以及其中数据可以被存储并且随后被覆写的介质，诸如可再写光学盘或可擦除存储器设备。

阐明贯穿该专利文献所使用的某些词语和短语的定义可以有利的是。术语“应用”和“程序”是指适于在适当的计算机代码（包括源代码、目标代码或可执行代码）中实现的一个或多个计算机程序、软件组件、指令集、过程、函数、对象、类、实例、相关数据或其部分。术语“包括”和“包含”以及其衍生词意味着包括但不限于。术语“或”是包括性的，意味着和/或。短语“与……相关联”以及其衍生词可以意味着包括、包括在其中、与其互连、包含、包含于其中、连接到其或与其连接、耦合到其或与其耦合、与其可通信、与其协作、交错、并列、邻近、毗邻于其或与其毗邻、具有、具有其属性、与其相关或与其具有关系等等。短语“其中的至少一个”在与项目列表一起使用时意味着可以使用所列出的项目中的一个或多个的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项目。例如“a、b和c中的至少一个”包括以下组合中的任何一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；以及a和b和c。

尽管本公开已经描述了某些实施例以及一般地相关联的方法，但是这些实施例和方法的更改及置换将对于本领域技术人员是清楚的。相应地，示例实施例的以上描述不限定或约束本公开。在不脱离如由所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，其它改动、替换和更改同样是可能的。