一种高速实时工业以太网的通信方法及装置

摘要

本发明公开了一种高速实时以太网总线的通信方法及装置，该方法包括：数据传输采用总帧方式，通过解析数据报文中各从站数据段的地址，地址匹配后各从站通过对帧中相应字段进行数据交换，达到无竞争数据传输的目的，以满足系统实时性。本发明具体实施是通过一般的网卡芯片及FPGA构成的高速实时总线的通信装置，其中FPGA主要是按照传输协议完成数据包接收、解析、转发的功能，所述方法及装置具有数据帧能及时到达目标端设备，达到了数据传输的实时性要求；数据传输的机制是边接收、边解析、边转发，没有竞争和抢占，实现了实时性，以通用以太网芯片为物理层，相对于传统工业总线提高了传输速度。

主权项

一种高速实时工业以太网的通信方法，采用自定协议、精准的时钟同步方法、总帧传输的方式，将各从站的数据填入帧中相应字段，其通信方法包括：1)修改普通以太网帧实现此协议帧，普通以太网帧结构中的以太网类型字段保持不变、目的地址和源地址设为保留字，将长度、控制、数据字段按照需要，进行自定义；具体字段主要包括：保留字、以太网类型、CASNET头、子报文、CRC冗余校验；2)主站和各从站采用不同时钟源时，需要一套完整的时钟同步机制，以满足系统的时钟同步要求，其关键步骤：线路延迟补偿，主站读取同一周期内数据帧两次经过从站的时间戳，计算传输延迟，并发送给各从站进行延迟补偿；时钟启动偏差补偿，系统初始化阶段，主站算出各从站与基准从站的时钟偏移，并发给各从站进行偏移补偿；漂移补偿，通过FPGA内部的加数寄存器、累加器、计数器使各站输出时钟计数器稳定在同一频率；通过发送同步数据包，调整加数寄存器的值，每次累加器值溢出时计数器加1，计数器的值即为本地时钟的值；所述漂移补偿在数据通信过程中定期进行，主站在数据包传输过程中定时发送进行漂移补偿的同步包，此数据包通过读基准从站的输出时钟值，将此值写给其它各从站，由FPGA根据此数值调整所述的加数寄存器的值；3)、数据帧到来时，从站首先进行寻址，即在总帧中找到本站的数据段；查询到本站数据段后，从站根据本站数据段中的命令，执行相应的读、写操作；从站在数据处理过程中，是边接收，边解析，边转发，每个时钟节拍传输2bit；各从站在存取数据过程中，首先需要有本地地址、操作命令、内部寄存器偏移地址、要进行数据处理的长度参数；寻址，通过地址匹配在帧中找到各自从站的数据段；取本站数据段的命令字、数据位长度、命令处理相应的地址偏移量，通过这些主要字段在本站做相应的处理。