一种交换设备、现场总线拓扑结构及传输数据的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数控技术领域，具体涉及一种交换设备、现场总线拓扑结构及传输数据的方法。
【背景技术】
[0002]现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络，即将传感器、各种操作终端和控制设备间的通讯及控制设备之间的通讯进行特化的网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统模拟信号及普通开关量信号的传输，是智能现场设备和控制系统的自动化装置之间的数字式、串行、多点通信的工业数据总线，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制设备、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的数据传递问题，对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长有着非常重要的影响。
[0003]目前国内应用比较广泛的现场总线有RS485、CAN、arcnet、工业以太网等。若按照组网方式进行划分，RS485、CAN、arcnet属于总线型总线，工业以太网属于星型总线；若按照总线仲裁方式划分，RS485无仲裁机制，需要靠软件协议主从控制，CAN、工业以太网通过冲突检测进行总线仲裁，arcnet通过令牌实现总线仲裁；若按照传输速率划分，RS485、CAN属于低速总线，其速率最高为1M，arcnet属于中速总线，其速率可以达到10M，工业以太网属于高速总线，其速率可以到达100M、1000M。
[0004]随着现场控制设备数量、功能的增加，对现场总线的传输速率要求也逐渐提高，现存的RS485、CAN、arcnet等总线已经不能满足大批量数据传输的要求，因此很多控制设备都已经采用了工业以太网总线，但工业以太网的报文发送实时性不高，在网络繁忙的情况下，不能根据报文的处理级别处理报文，导致重要报文转发不及时。并且现有的现场总线拓扑结构中的交换设备数据传输效率低，无法实现并行转发数据。
【发明内容】
[0005]针对现有的现场总线拓扑结构中的交换设备数据传输效率低，无法实现并行转发数据的问题，本发明提出了一种交换设备、现场总线拓扑结构及传输数据的方法。
[0006]第一方面，本发明提出了一种应用于现场总线拓扑结构中的交换设备，所述交换设备包括现场可编程门阵列FPGA芯片；
[0007]所述FPGA芯片包括第一低电压差分LVDS接口、第二低电压差分LVDS接口、串并转换模块、并行数据转发逻辑模块、并串转换模块；
[0008]所述第一 LVDS接口作为交换设备的物理层接口将接收到的LVDS数据发送到串并转换模块，所述串并转换模块对所述LVDS数据进行串并转换后，传输到所述并行数据转发逻辑模块，所述并行数据转发逻辑模块识别串并转换后的LVDS数据的源地址和目的地址，并根据所述目的地址将所述串并转换后的LVDS数据发送到对应的并串转换模块，所述并串转换模块对接收到的数据进行并串转换后，通过所述第二 LVDS接口将并串转换后的LVDS数据传输到与所述目的地址对应的端口，以将该数据发送到第二控制设备。
[0009]另一方面，本发明提供了一种现场总线拓扑结构，包括:第一控制设备、第二控制设备、现场总线及至少两个上述应用于现场总线拓扑结构中的交换设备；
[0010]所述交换设备设有多个控制端口和至少一个交换端口，所述至少两个交换设备之间利用现场总线通过交换端口依次连接；
[0011]所述第一控制设备和所述第二控制设备利用现场总线通过同一交换设备的不同控制端口连接到某一交换设备，或
[0012]所述第一控制设备和所述第二控制设备利用现场总线通过不同交换设备的控制端口连接到对应的交换设备，以实现所述第一控制设备与所述第二控制设备的通信连接。
[0013]再一方面，本发明提供了一种基于上述的现场总线拓扑结构实现传输数据的方法，所述方法包括:
[0014]接收各控制设备发送的查询报文，所述查询报文中携带有各控制设备的标识号；
[0015]获取发送查询报文的控制设备的标识号，并建立接收每一查询报文的控制端口与对应控制设备的标识号的对应关系；
[0016]接收所述第一控制设备发送的数据报文，所述数据报文中携带有第一控制设备的标识号和第二控制设备的标识号；
[0017]根据所述对应关系，查找与所述第二控制设备的标识号相对应的控制端口 ；
[0018]根据查找到的控制端口，将所述数据报文发送到所述第二控制设备。
[0019]优选地，所述方法还包括:
[0020]接收第二控制设备发送的应答报文，所述应答报文中携带有第一控制设备的标识号和第二控制设备的标识号；
[0021]根据所述对应关系，查找与所述第一控制设备的标识号相对应的控制端口，并通过该控制端口将所述应答报文发送到所述第一控制设备。
[0022]优选地，当所述第一控制设备和所述第二控制设备利用现场总线通过同一交换设备的不同控制端口连接到某一交换设备时，所述获取发送查询报文的控制设备的标识号，并建立接收每一查询报文的控制端口与对应控制设备的标识号的对应关系，具体包括:
[0023]接收到查询报文的交换设备对该查询报文进行解析，识别出发送该查询报文的控制设备的标识号，建立接收该查询报文的控制端口与发送该查询报文的控制设备的标识号的对应关系；
[0024]当所述第一控制设备和所述第二控制设备利用现场总线通过不同交换设备的控制端口连接到对应的交换设备时，所述获取发送查询报文的控制设备的标识号，并建立接收每一查询报文的控制端口与对应控制设备的标识号的对应关系，具体包括:
[0025]接收到查询报文的第一交换设备对该查询报文进行解析，识别出发送该查询报文的控制设备的标识号，并通过该第一交换设备的第一交换端口将该查询报文转发给与之相连的第二交换设备的第二交换端口；
[0026]所述第一交换设备分别建立接收该查询报文的控制端口以及转发该查询报文的所述第一交换端口与发送该查询报文的控制设备的标识号的第一对应关系；
[0027]所述第二交换设备对该查询报文进行解析，识别出发送该查询报文的控制设备的标识号，建立接收该查询报文的第二交换端口与发送该查询报文的控制设备的标识号的第二对应关系。
[0028]优选地，当所述第一控制设备和所述第二控制设备利用现场总线通过不同交换设备的控制端口连接到对应的交换设备时，所述根据所述对应关系，查找与所述第二控制设备的标识号相对应的控制端口，具体包括:
[0029]接收到所述数据报文的第一交换设备，根据第一对应关系，通过第一交换端口将该查询报文转发给与之相连的第二交换设备；
[0030]所述第二交换设备根据第二对应关系，查找与所述第二控制设备的标识号相对应的控制端口。
[0031]优选地，所述应答报文中携带有应答优先级信息，所述应答优先级信息用于指示对应的应答报文的处理优先级。
[0032]优选地，所述查询报文中携带有查询优先级信息，所述查询优先级信息用于指示对应的查询报文的处理优先级；
[0033]所述数据报文中携带有数据优先级信息，所述数据优先级信息用于指示对应的数据报文的处理优先级。
[0034]优选地，所述方法还包括:
[0035]当现场总线空闲时，所述控制设备和/或所述交换设备之间，以及不同交换设备之间，通过发送不同的心跳报文来实时监测所述现场总线是否出现故障；
[0036]若所述现场总线出现故障，则所述控制设备和所述交换设备清除各自已建立的对应关系。
[0037]优选地，所述方法还包括:
[0038]当所述控制设备与所述交换设备重新建立端口连接或通信中断时，所述控制设备重新向所述交换设备发送查询报文。
[0039]与现有的现场总线相比，本发明提供的交换设备、现场总线拓扑结构及现场总线拓扑结构实现传输数据的方法具有结构简单，数据传输速率高、实时性强等优点。
【附图说明】
[0040]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0041]图1示出了本发明实施例提供的交换设备物理实现示意图；
[0042]图2示出了本发明实施例提供的现场总线拓扑结构示意图；
[0043]图3示出了本发明实施例提供的基于本发明的现场总线拓扑结构实现传输数据的方法流程示意图；
[0044]图4示出了本发明另一实施例提供的基于本发明的现场总线拓扑结构实现传输数据的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0045]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述