本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于ebus的冗余高速背板總線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、背板總線是可編程控制器和擴(kuò)展模塊之間的數(shù)據(jù)交換通路，背板總線決定了擴(kuò)展模塊的響應(yīng)速度和擴(kuò)展能力，影響整個(gè)系統(tǒng)的功能和通信性能，是工業(yè)控制領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)。

2、目前，可編程控制器的背板總線大多采用串行通信接口，串行總線信號(hào)線少，硬件成本低，通信協(xié)議簡單，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度小，方案成熟，常用的串行通信接口用于工業(yè)背板總線的有iic、spi、can、uart和以太網(wǎng)等。

3、很多擴(kuò)展模塊選用的通用處理芯片都集成了上述外設(shè)接口，但是單片機(jī)內(nèi)部集成的iic、spi、can和uart接口通信速率較慢，通信距離短，用于背板總線容易受到干擾，根本不能滿足背板總線的通信速度要求和擴(kuò)展模塊的響應(yīng)速度要求。以太網(wǎng)的通信速度雖然很快但由于是通用的接口，在通信協(xié)議處理時(shí)需要單片機(jī)的干預(yù)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)速度較慢，且數(shù)據(jù)傳輸效率較低，因此整體通信速度仍然很慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷和技術(shù)弊端，本發(fā)明實(shí)施例提供克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于ebus的冗余高速背板總線通信系統(tǒng)，具體方案如下：

2、一種基于ebus的冗余高速背板總線通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括耦合器模塊和擴(kuò)展io模塊，所述耦合器模塊通過ebus背板總線與擴(kuò)展io模塊通信；

3、所述耦合器模塊用于將ethercat協(xié)議數(shù)據(jù)通過ebus背板總線以ethercat報(bào)文形式下發(fā)給擴(kuò)展io模塊，還用于接收擴(kuò)展io模塊上傳的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)兩路ebus背板總線的接口冗余；

4、所述擴(kuò)展io模塊用于通過ebus背板總線接收耦合器模塊下發(fā)的報(bào)文，并將對應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)通過ebus背板總線以ethercat報(bào)文形式上傳到耦合器模塊；

5、其中，所述擴(kuò)展io模塊包括兩個(gè)用于接收耦合器模塊下發(fā)的報(bào)文并將對應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)上傳到耦合器模塊的ethercat控制器芯片，其中一個(gè)作為常用ethercat控制器芯片，另一個(gè)作為冗余ethercat控制器芯片；所述ebus背板總線為兩路，所述耦合器模塊通過一路ebus背板總線與擴(kuò)展io模塊的常用ethercat控制器芯片通信，形成常用總線通信鏈路，通過另一路ebus背板總線與擴(kuò)展io模塊的冗余ethercat控制器芯片通信，形成冗余總線通信鏈路；所述響應(yīng)數(shù)據(jù)包括兩個(gè)ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息和對應(yīng)的ebus背板總線狀態(tài)信息，所述耦合器模塊還用于基于所述兩個(gè)ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息和對應(yīng)的ebus背板總線狀態(tài)信息判斷是否需要從常用總線通信鏈路切換到冗余總線通信鏈路。

6、進(jìn)一步地，所述耦合器模塊包括兩路ebus背板總線，分別為常用ebus背板總線和冗余ebus背板總線；所述擴(kuò)展io模塊通信包括兩路ebus背板總線，分別為從站常用ebus背板總線和從站冗余ebus背板總線；所述耦合器模塊通過常用ebus背板總線與擴(kuò)展io模塊的從站常用ebus背板總線通信，以形成常用總線通信鏈路；所述耦合器模塊通過冗余ebus背板總線與擴(kuò)展io模塊的從站冗余ebus背板總線通信，以形成冗余總線通信鏈路。

7、進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)包括多個(gè)擴(kuò)展io模塊，所述擴(kuò)展io模塊還包括用于與其他擴(kuò)展io模塊通信的兩路ebus背板總線，多個(gè)擴(kuò)展io模塊之間依次通過ebus背板總線通信；相互通信的兩個(gè)擴(kuò)展io模塊的常用ethercat控制器芯片通過其中一路ebus背板總線通信，相互通信的兩個(gè)擴(kuò)展io模塊的冗余ethercat控制器芯片通過另一路ebus背板總線通信，相互通信的兩個(gè)ethercat控制器芯片通過ebus背板總線傳遞ethercat協(xié)議數(shù)據(jù)、ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息和對應(yīng)的ebus背板總線狀態(tài)信息。

8、進(jìn)一步地，所述耦合器模塊包括fpga芯片和mcu處理器，所述fpga芯片用于將ethercat協(xié)議數(shù)據(jù)通過ebus背板總線以ethercat報(bào)文形式下發(fā)給擴(kuò)展io模塊，并接收擴(kuò)展io模塊上傳的響應(yīng)數(shù)據(jù)，所述mcu處理器用于對耦合器模塊的狀態(tài)進(jìn)行管理。

9、進(jìn)一步地，所述fpga芯片包括ethercat?ipcore、冗余控制模塊和ebus背板總線，所述ebus背板總線包括兩路ebus背板總線，其中一路作為常用ebus背板總線，另一路作為冗余ebus背板總線；

10、所述ethercat?ipcore將ethercat協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)送給冗余控制模塊，還用于將耦合器模塊的通信和總線狀態(tài)上報(bào)給mcu處理器；

11、所述冗余控制模塊通過常用ebus背板總線與常用ethercat控制器芯片通信，形成常用總線通信鏈路，通過冗余ebus背板總線與冗余ethercat控制器芯片通信，形成冗余總線通信鏈路；所述冗余控制模塊還用于基于響應(yīng)數(shù)據(jù)中兩個(gè)ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息和對應(yīng)的ebus背板總線狀態(tài)信息判斷常用總線通信鏈路和冗余總線通信鏈路的鏈路狀態(tài)，基于所述鏈路狀態(tài)，判斷是否需要從常用總線通信鏈路切換到冗余總線通信鏈路。

12、進(jìn)一步地，所述冗余控制模塊包括總線檢測模塊、冗余總線狀態(tài)指示模塊以及總線切換控制模塊；

13、所述總線檢測模塊用于基于當(dāng)前通路總線讀取擴(kuò)展io模塊上傳的響應(yīng)數(shù)據(jù)，基于響應(yīng)數(shù)據(jù)判斷擴(kuò)展io模塊的工作狀態(tài)以及當(dāng)前通路總線的通信狀態(tài)，判斷是否異常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)輸出控制信號(hào)和比較數(shù)據(jù)至冗余總線狀態(tài)指示模塊，并輸出有效通路指示信號(hào)和切換通路標(biāo)志控制信號(hào)到總線切換單元；

14、所述冗余總線狀態(tài)指示模塊用于接收總線檢測模塊的控制信號(hào)和比較數(shù)據(jù)，判斷對應(yīng)總線通信鏈路的信號(hào)質(zhì)量和鏈路狀態(tài)，輸出控制信號(hào)至總線切換控制模塊；

15、所述總線切換控制模塊用于通過總線控制模塊的有效通路指示信號(hào)和切換通路標(biāo)志控制信號(hào)控制兩條總線通信鏈路的冗余切換，通過冗余總線狀態(tài)指示模塊的控制信號(hào)進(jìn)行總線狀態(tài)的切換和總線異常狀態(tài)的顯示。保證背板總線通信的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)后級(jí)擴(kuò)展io模塊工作的穩(wěn)定性和可靠性。

16、進(jìn)一步地,所述ethercat控制器芯片為et1100芯片。

17、進(jìn)一步地，所述擴(kuò)展io模塊還包括從站mcu處理器，每個(gè)ethercat控制器芯片均包括ebus背板總線，每個(gè)ethercat控制器芯片通過對應(yīng)的ebus背板總線與所述耦合器模塊通信，所述mcu處理器通過spi接口與兩個(gè)ethercat控制器芯片通信，從ethercat控制器芯片獲取對應(yīng)的從站模塊類型信息、ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息、ethercat控制器芯片的ebus背板總線狀態(tài)信息以及過程數(shù)據(jù)，并將兩個(gè)ethercat控制器芯片的狀態(tài)信息以及對應(yīng)的ebus背板總線狀態(tài)信息上報(bào)給給耦合器模塊。

18、進(jìn)一步地，所述ebus背板總線包括串并轉(zhuǎn)換接口模塊和ebus編解碼模塊，所述串并轉(zhuǎn)換接口模塊包括lvds發(fā)送模塊和lvds接收模塊，所述ebus編解碼模塊包括ebus編碼模塊和ebus解碼模塊；

19、所述lvds發(fā)送模塊用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出給ebus編碼模塊編碼后輸出；

20、lvds接收模塊用于將ebus解碼模塊解碼后的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)接收。

21、進(jìn)一步地，所述ebus編碼模塊將串行數(shù)據(jù)包按照曼徹斯特編碼后通過ebus接口輸出；所述ebus解碼模塊將接收到的數(shù)據(jù)包按照曼徹斯特解碼后輸出到lvds接收模塊。

22、本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明的將耦合器模塊作為可編程控制器的遠(yuǎn)程通信接口模塊，采用fpga和mcu處理器硬件架構(gòu)組成，fpga實(shí)現(xiàn)ethercat通信接口轉(zhuǎn)兩路冗余的ebus背板總線接口，將遠(yuǎn)程通信接口轉(zhuǎn)為背板總線通信接口，mcu處理器實(shí)現(xiàn)耦合器模塊的狀態(tài)管理。擴(kuò)展io模塊作為耦合器模塊通過背板總線擴(kuò)展的模塊，采用2個(gè)et1100和mcu處理器硬件架構(gòu)組成。mcu處理器和et1100之間采用spi接口通信，擴(kuò)展模塊通過et1100的ebus接口實(shí)現(xiàn)背板通信，傳輸ethercat協(xié)議幀，并通過兩個(gè)et1100芯片及fpga實(shí)現(xiàn)ebus背板總線冗余鏈路結(jié)構(gòu)，保證背板通信的可靠性和穩(wěn)定性。