CN107222380A - 支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置，所述方法包括：获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；根据物理层的数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。本发明能够通过对数据连接信号或数据有效信号实时采集；根据数据连接信号或数据有效信号判断分析处理确定切换时机，以使在通信链路切换至冗余链路过程中，提高通信的可靠性和安全性。

Description

支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置。

背景技术

目前，以太网控制自动化技术(Ethernet Control Automation Technology，以下简称EtherCAT)最初是在2003年由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)基于以太网技术提出的一种实时工业以太网技术，该技术不仅具有高速和高数据有效率的特点，还具有灵活网络拓扑结构，并在协议中封装了IP/UDP，所以不需要IP协议就能实现通信。因此，EtherCAT具有以下优点：适应性广泛；符合以太网标准；无需使用从属子网，都可用作EtherCAT从站；数据传输效率高；刷新周期短；同步性能好。

申请号为201521063204中公开了一种基于EtherCAT技术的耦合通信板，包括：控制器和与控制器通过SPI总线连接的微处理器；与控制器电连接的至少一个外部通信接口；与控制器通信连接的总线连接器；与总线连接器、控制器和微处理器电连接的电源转换芯片；依次连接在控制器和外部通信接口之间的PHY芯片和变压器；用于对控制器、所述芯片进行时间同步的晶振。但是该EtherCAT耦合通信板仅能实现主站与从站、从站与从站之间单线连接，没有实现链路冗余，当***主从站任一模块出现故障后，则该***不能正常通信，甚至该***将停止运行，从而导致严重的安全事故，影响了***的安全性、稳定性、可靠性。

发明内容

本发明提供的支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置，能够通过对数据连接信号或数据有效信号实时采集；多重判断分析确定切换时机，以使在通信链路切换至冗余链路过程中，提高通信的可靠性和安全性。

第一方面，本发明提供一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法，包括：

获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

可选地，所述根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，包括：

接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态；

接收数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态。

可选地，在物理层数据有效之后，还包括：

接收两个连续的数据有效信号并计算出所述物理层数据有效信号之间的时间间隔；

判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内，如果是，则通信链路为通信正常状态；如果否，则通信链路为通信故障状态。

可选地，所述根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信为：

当通信链路为通信正常状态时，则保持通信链路进行通信；

当通信链路为通信故障状态时，则切换至冗余链路进行通信。

第二方面，本发明提供一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置，包括：

FPGA芯片模块，通过两条通信链路分别与主站控制器、下级从站控制器连接，以及通过两条冗余链路分别与主站备用控制器、下级从站控制器连接，并用于实现耦合通信板的多链路冗余通路，其中，所述FPGA芯片模块包括，

获取单元，用于获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

处理单元，用于根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

确定单元，用于根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

可选地，所述处理单元包括：

第一判断子单元，用于接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态；

第二判断子单元，用于接收数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效。

可选地，所述处理单元还包括：

计算子单元，用于接收两个连续的数据有效信号并计算出两者之间的时间间隔；

第三判断子单元，用于判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内。

本发明实施例提供的支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法及装置，本发明实施例所述转换方法主要解决通信链路与冗余链路之间的切换问题，其中，本实施例通过判别通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号判断通信链路的通信状态，进而在保证正常通信的前提下，确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信；进而实现了EtherCAT主站与从站之间链路冗余控制。

本实施例所述转换方法一方面保证了所述EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间通信的安全性和稳定性；另一方面，通过对数据连接信号或数据有效信号实时采集；多重判断分析确定切换时机，以使在通信链路切换至冗余链路过程中，EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间的通信不会因为传输时延问题导致通信出现紊乱，或者丢失部分数据，进而影响链路的通信传输。

附图说明

图1为本发明一实施例支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法的流程图；

图2为本发明另一实施例支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法的流程图；

图3为本发明一实施例支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例FPGA芯片模块的结构示意图；

图6为本发明另一实施例FPGA芯片模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法，如图1所示，所述方法包括：

S1、获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

S2、根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

S3、根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

本发明实施例提供的支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法主要解决通信链路与冗余链路之间的切换问题，其中，本实施例通过判别通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号判断通信链路的通信状态，进而在保证正常通信的前提下，确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信；同时所述EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间采用多链路冗余通路，即每条通信链路都设置有用于通信链路的冗余备份冗余链路，并且当通信链路为通信故障状态时，则切换至所述冗余链路进行通信，进而实现了EtherCAT主站与从站之间链路冗余功能。

本实施例所述转换方法一方面保证了所述EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间通信的安全性和稳定性；另一方面，通过对数据连接信号或数据有效信号实时采集；多重判断分析确定切换时机，保证在通信链路切换至冗余链路过程中，EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间的通信不会因为传输时延问题导致通信出现紊乱，或者丢失部分数据，进而影响链路的通信传输。

可选地，如图2所示，所述根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，包括：

接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态；

接收数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态。

具体的，本实施例中所述转换方法首先通过判别数据连接信号判断通信链路是否处于连接状态，例如，当第一通信链路的数据连接信号(linkmii1)为低，第一冗余链路的数据连接信号(linkmii2)为高时，则选择第一通信链路进行通信；当第一通信链路的数据连接信号(linkmii1)为高，第一冗余链路的数据连接信号(linkmii2)为低时，则选择第一冗余链路进行通信；进而通过数据连接信号对通信链路的通信状态进行一个初步的判别，并确保通信链路处于连接状态并能够进行通信。

然后当通信链路处于连接状态时，再通过判别数据有效信号判断通信链路的通信数据的有效性，进而通过在通信链路数据通信过程中的数据有效信号，进一步的判断通信链路是否处于通信正常状态。进而逐步判别确保所述方法能够提高通信链路与冗余链路切换过程中的通信稳定性和可靠性。

可选地，在物理层数据有效之后，还包括：

接收两个连续的物理层数据有效信号并计算出所述物理层数据有效信号之间的时间间隔；

判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内，如果是，则通信链路为通信正常状态；如果否，则通信链路为通信故障状态。

具体的，本实施例不仅需要对数据有效信号进行判别，还需要在对数据有效信号有效状态下，继续对连续两个物理层数据有效信号之间的时间间隔进行判别，确保通信链路在一设定的时间阈值内接受两个连续的数据有效信号，进而能够进一步的判别所述通信链路处于通信正常状态或者通信故障状态，能够通过通信链路的数据连接信号、数据有效信号和连续两个数据有效信号之间的时间间隔等对通信链路的通信状态进行可靠有效的确定，当所述通信链路处于通信故障状态时，并及时的切换至通信正常状态的冗余链路，保证主站与从站之间的通信安全性和稳定性。

可选地，所述根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信为：

当通信链路为通信正常状态时，则保持通信链路进行通信；

当通信链路为通信故障状态时，则切换至冗余链路进行通信。

本发明实施例还提供一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置，如图3和4所示，所述装置包括：

FPGA芯片模块，通过两条通信链路分别与主站控制器、下级从站控制器连接，以及通过两条冗余链路分别与主站备用控制器、下级从站控制器连接，并用于实现耦合通信板的多链路冗余通路，其中，所述FPGA芯片模块包括，

获取单元，用于获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

处理单元，用于根据物理层的数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

确定单元，用于根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

本发明实施例提供的支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置，本实施例通过在FPGA芯片模块设置至少四个接口，并分别通过两条通信链路分别与主站控制器、下级从站控制器连接，以及通过两条冗余链路分别与主站备用控制器、下级从站控制器连接，并用于实现耦合通信板的多链路冗余通路；因此，所述EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间采用多链路冗余通路，即每条通信链路都设置有用于通信链路的冗余备份冗余链路，并且当通信链路为通信故障状态时，则切换至所述冗余链路进行通信，进而实现了EtherCAT主站与从站之间链路冗余功能。

同时，所述FPGA芯片模块通过获取单元、处理单元和确定单元判别通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号判断通信链路的通信状态，进而在保证正常通信的前提下，确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信，进而提高了所述转换装置确保了EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间通信的安全性和稳定性；同时，通过对数据连接信号或数据有效信号实时采集；多重判断分析确定切换时机，以使在通信链路切换至冗余链路过程中，EtherCAT主站处理器或主站备用处理器与从站之间的通信不会因为传输时延问题导致通信出现紊乱，或者丢失部分数据，进而影响链路的通信传输。

其中，如图3所示，所述主站处理器，用于对以太网信号进行输入输出控制；

所述主站备用处理器，通过同步总线与通信***的主站处理器连接，并用于对主站处理器进行冗余备份以及对以太网信号进行输入输出控制；

耦合通信板，通过两条链路分别与主站处理器和主站备用处理器连接，并用于将以太网信号由主站处理器或主站备用处理器输入至耦合通信板，同时耦合通信板中设置有所述转换装置；

端子板，一端与耦合通信板连接并用于由耦合通信板向端子板输入信号，另一端通过两条链路分别与主站处理器和主站备用处理器连接并用于将以太网信号由端子板输出至主站处理器或主站备用处理器，进而形成多链路环网冗余通路。

本发明实施例采用了主站处理器、主站备用处理器分别与耦合通信板；端子板分别与主站处理器和主站备用处理器连接进而形成多链路环网冗余通路，解决了在EtherCAT所支持的拓扑结构中耦合板或端子板仅采用单线连接技术方案中，当某一从站中的任意模块出现故障时，该模块后的所有模块的通信断开，以至于通信***将停止运行，导致严重的安全事故，进而导致整个通信***的安全性低、稳定性低、可靠性低的问题。本实施例由耦合通信板、端子板分别与主站处理器和主站备用处理器多链路的连接，其中，所述主站处理器与主站备用处理器之间通过同步总线连接，进而使得主站备用处理器对主站处理器进行冗余备份，当主站处理器出现故障、或者数据处理量大时，则由主站备用处理器进行处理。一方面，本实施例所述通信***通过主站处理器和主站备用处理器联合处理，提高了所述通信***的安全性、可靠性和稳定性；进而在提高了通信***的安全性、可靠性和稳定性基础上，保证了通信***的同步性能。

另一方面，本实施例中采用耦合通信板与端子板分别进行输入控制、输出控制进而联合实现本地高速控制功能，然后通过主站处理器、耦合通信板、总线控制器、端子板和主站备用处理器形成的多链路环网冗余通路，同时由端子板与主站处理器之间的第一通信链路、端子板与主站备用处理器之间的第一冗余链路与耦合通信板与主站处理器之间的第二通信链路，耦合通信板与主站备用处理器之间的第二冗余链路两两组合形成了四种环网通路，进而通过多环网通路提高了所述通信***的安全性、稳定性以及可靠性。

可选地，如图5所示，所述处理单元包括：

第一判断子单元，用于接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态；

第二判断子单元，用于接收数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效。

可选地，如图6所示，所述处理单元还包括：

计算子单元，用于接收两个连续的数据有效信号并计算出两者之间的时间间隔；

第三判断子单元，用于判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内。

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换方法，其特征在于，包括：

获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，包括：

接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态；

接收物理层数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效，如果是，则执行下一步；如果否，则通信链路为通信故障状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在物理层数据有效之后，还包括：

接收两个连续的数据有效信号并计算出所述物理层数据有效信号之间的时间间隔；

判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内，如果是，则通信链路为通信正常状态；如果否，则通信链路为通信故障状态。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信为：

当通信链路为通信正常状态时，则保持通信链路进行通信；

当通信链路为通信故障状态时，则切换至冗余链路进行通信。

5.一种支持链路冗余的双线EtherCAT协议转换装置，其特征在于，包括：

FPGA芯片模块，通过两条通信链路分别与主站控制器、下级从站控制器连接，以及通过两条冗余链路分别与主站备用控制器、下级从站控制器连接，并用于实现耦合通信板的多链路冗余通路，其中，所述FPGA芯片模块包括，

获取单元，用于获取通信链路物理层的数据连接信号或数据有效信号；

处理单元，用于根据数据连接信号或数据有效信号分析得出通信链路的通信状态，其中，所述通信状态包括通信正常状态和通信故障状态；

确定单元，用于根据通信状态确定保持通信链路进行通信、或切换至对应的冗余链路进行通信。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括：

第一判断子单元，用于接收通信链路物理层的数据连接信号判断所述通信链路是否处于连接状态；

第二判断子单元，用于接收数据有效信号，判断所述通信链路的物理层数据是否有效。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理单元还包括：

计算子单元，用于接收两个连续的数据有效信号并计算出两者之间的时间间隔；

第三判断子单元，用于判断所述时间间隔是否在设定时间阈值内。