用于对高速数据传输进行加扰的方法及设备技术

本申请公开了用于对高速数据传输进行加扰的方法及设备。公开了减少来自工业控制器中的通信总线的发射的系统及减少来自工业控制器中的第一模块与第二模块之间的数据通信的发射的方法。发送装置利用伪随机数字序列生成器对数据加扰。对数据加扰消除重复数据序列的传输。发送装置对数据传输间的数据的空闲对类似地加扰以消除重复数据序列的附加来源。经加扰且经编码数据被发送至接收装置。接收装置也包括伪随机数字序列生成器。两个伪随机数字序列生成器的同步通过利用被发送的数据帧的控制字符发生。伪随机数字序列生成器中的每个被配置成生成相同数字序列，且被初始化成以与被发送或被接收的数据的第一字节相对应的数字序列中的第一数字开始。

【技术实现步骤摘要】

本文中所公开的主题涉及用于对工业控制器中的模块之间的高速数据传输进行加扰(scramble)的方法及设备，更具体地，涉及用于在数据传输中分发数据以减少从携带数据的电导体辐射的发射的方法。
技术介绍
工业控制器是用于控制例如工厂环境中的工业过程或机器的专用计算机系统。工业控制器与常规计算机在多种方式上不同。物理上，与常规计算机相比，工业控制器被构造成对于EMI、冲击和损坏而言基本上更鲁棒并且更能抵抗极端环境条件。处理器和操作系统被优化用于实时控制并且使用下述语言被编程，所述语言被设计成：允许快速开发被定制成机器控制应用程序或过程控制应用程序的不断变化的集合的控制程序。一般地，工业控制器执行所存储的控制程序，所存储的控制程序从与受控过程或机器相关联的各种传感器读取输入。感测过程或机器的条件并且基于这些输入和所存储的控制程序，工业控制器确定用于控制过程或机器的致动器的一组输出。通常在感测条件和设置输出的过程期间发生若干通信步骤。输入模块从被分布在受控过程或机器四周的传感器和其他装置接收信号。输入模块将所接收的信号传送至处理器模块。处理器模块执行控制程序以基于该程序和所接收的输入来生成输出信号。处理器模块将输出信号传送至输出模块。输出模块将输出信号转换成模拟和/或数字信号，这些模拟和/或数字信号要被发送至被分布在受控过程或机器四周的致动器或其他这样的装置。随着时间的推移，由工业控制器控制的机器或过程的复杂度和/或大小已经增加。例如，生产线可以在工业综合体中跨越开间(bay)的整个长度，或者自动存储系统可以被分布在整个仓库中。因此，对过程或机器进行控制所需要的输入和输出(I/O)模块的数量已经增加。I/O模块中的每一个与处理器模块进行通信，并且潜在地与工业控制器中的其他模块进行通信。因此，需要增加工业控制器内的通信量。此外，随着处理器速
度增加，处理器能够以较高传输速率来传输量增加的数据。如本领域技术人员所知的，差分接收机已经使得数据传输的速率和彼此进行通信的装置之间的距离增加。然而，增加的传输速率并非没有缺点。高速传输协议要求连续数据传输模式以使得发送装置和接收装置的时钟保持同步。另外，数据必须保持DC中性，意味着在传输期间0和1的数量基本上保持相同。然而，这些约束中的两个都与通常被传输的实时数据不一致。因此，已经开发了将间歇数据传输转换成连续数据传输的编码方案。一种这样的编码方案是8B10B编码。8B10B编码方案确保在无0与1之间的转变的情况下不存在扩展的数据位序列并且还确保被传输的0与1的数量保持DC中性。然而，这些编码方案并非没有某些缺点。为了确保时钟保持同步并且确保数据转变连续发生，在数据包传输之间插入附加数据(对于8B10B编码而言，附加数据通常被称为空闲对)。每个空闲对包括控制字符对，使得接收器可以将空闲对识别为空闲对本身而不是识别为传输数据。如果在要被发送的数据帧之间存在扩展的时间段，则在该时间段期间连续地重复空闲对。作为空闲对集中的结果，连续传输相同的数据，导致能量集中在特定频率处。该能量集中趋向于导致这些频率处的过度发射。因此，将期望提供使用降低水平的辐射发射来传输高速串行数据的方法。
技术实现思路
本文中所公开的主题描述了以降低水平的辐射发射来发送高速串行数据的方法。发送装置利用伪随机数字序列生成器对数据进行加扰。对数据进行加扰消除重复数据序列的传输。在加扰之后，可以使用例如8B10B编码对数据进行编码。类似地，发送装置以8B10B编码对数据的空闲对进行加扰以消除重复数据序列的附加来源。经加扰且经编码的数据被发送至接收装置。接收装置也包括伪随机数字序列生成器。通过利用被发送的数据帧的控制字符而发生两个伪随机数字序列生成器的同步。伪随机数字序列生成器中的每一个生成器被配置成生成相同的数字序列，并且被初始化成以与被发送或被接收的数据的第一字节相对应的数字序列中的第一数字开始。根据本专利技术的一种实施例，公开了用于减少工业控制器中的通信总线
上的发射的系统。通信总线将发送装置与接收装置链接。发送装置被配置成生成经由通信总线传输的数据并且包括进行操作以在传输之前对所生成的数据进行加扰的第一加扰元件。接收装置被配置成接收经由通信总线传输的数据并且包括进行操作以对所接收的数据进行解扰的第二加扰元件。第二加扰元件与所接收的数据同步。根据本专利技术的另一种实施例，公开了用于减少来自工业控制器中的第一模块与第二模块之间的数据通信的发射的方法。利用第一模块中的第一加扰元件对要从第一模块发送的数据进行加扰。经由工业控制器中的通信总线将经加扰数据从第一模块发送至第二模块。使第二模块中的第二加扰元件与经由通信总线接收的数据同步。使用第二加扰元件对在第二模块处接收的数据进行解扰。根据本专利技术的又一种实施例，公开了用于减少由在工业控制器中的背板上传输数据的模块生成的发射的系统。该系统包括处理内核以及能够进行操作以生成伪随机数字序列的加扰元件。处理内核能够进行操作以生成要经由背板传送的数据的多个字节。处理内核将加扰元件初始化成伪随机数字序列中的第一数字并且对要经由背板传送的数据进行加扰。通过将从数据的多个字节选择的该数据的第一字节与伪随机数字序列中的第一数字逻辑组合来对数据进行加扰。将数据的每个连续字节与伪随机数字序列的每个连续数字进行逻辑组合。系统还包括能够进行操作以将经加扰数据从处理内核传至背板连接器的通信总线，其中，背板连接器能够进行操作以将经加扰数据从通信总线递送至背板。根据详细描述和附图，对于本领域的技术人员而言，本专利技术的这些优点和特征以及其他优点和特征将变得显见。然而，应当理解，尽管借助于图示给出了表示本专利技术的优选实施例的详细描述和附图，但是其并不受限制。在不偏离本专利技术的精神的情况下，在本专利技术的范围内可以进行多种变化和修改，并且本专利技术包括所有这样的修改。附图说明在附图中图示了本文中公开的主题的各种示例性实施例，在整个附图中相同的附图标记表示相同的部分，并且在附图中：图1是包含本专利技术的一种实施例的工业控制器的示例性环境视图；图2是图1的工业控制器的处理器模块的框图表示；图3是图1的工业控制器的处理器模块和附加模块的框图表示；图4是由8B10B经编码数据利用的数据包和一系列空闲对包的字节序列图表示；图5是图示了根据本专利技术的一种实施例进行加扰的图4的数据包和空闲对的字节序列图表示；图6是根据本专利技术的一种实施例的被用于对数据进行加扰的线性反馈移位寄存器的示意性表示；以及图7是由图6的线性反馈移位寄存器生成的数据序列的一部分的表格表示。在对附图中所示的本专利技术的各种实施例进行描述中，为了清楚起见，将借助于特定术语。然而，并不意在将本专利技术限于所选择的特定术语，而是应当理解，每个特定术语包括以类似方式进行操作以达到类似目的的所有技术等同。例如，经常使用单词“连接”、“附接”或者与这两个单词类似的术语。他们不限于直接连接而是包括通过其他要素的连接，其中，这样的连接被本领域的技术人员识别为是等同的。具体实施方式首先转向图1，示例性工业控制系统包括被配置成操作工业机器或过程的工业控制器10。如图所示，工业控制器10是模块化的并且可以由在机架(rack)中被连接在一起的或被安装至轨道的很多不同模块组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少来自工业控制器中的通信总线的发射的系统，所述系统包括：发送装置，所述发送装置被配置成生成经由所述通信总线传输的数据，所述发送装置包括第一加扰元件，所述第一加扰元件进行操作以在传输之前对所生成的数据进行加扰；以及接收装置，所述接收装置被配置成接收经由所述通信总线传输的数据，所述接收装置包括第二加扰元件，所述第二加扰元件进行操作，以对所接收的数据进行解扰，其中，所述第二加扰元件与所接收的数据同步。

【技术特征摘要】
2015.03.30 US 14/672,8251.一种用于减少来自工业控制器中的通信总线的发射的系统，所述系统包括：发送装置，所述发送装置被配置成生成经由所述通信总线传输的数据，所述发送装置包括第一加扰元件，所述第一加扰元件进行操作以在传输之前对所生成的数据进行加扰；以及接收装置，所述接收装置被配置成接收经由所述通信总线传输的数据，所述接收装置包括第二加扰元件，所述第二加扰元件进行操作，以对所接收的数据进行解扰，其中，所述第二加扰元件与所接收的数据同步。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一加扰元件生成加扰数字序列；所述第二加扰元件生成所述加扰数字序列；并且所述第一加扰元件和所述第二加扰元件通过用于要被发送的数据的初始控制代码被重置成所述加扰数字序列内的第一个值。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一加扰元件包括第一线性反馈移位寄存器；所述第二加扰元件包括第二线性反馈移位寄存器；当帧控制代码的开头被生成以发送数据时，所述第一线性反馈移位寄存器被设置成预定值；并且当所述帧控制代码的开头被接收时，所述第二线性反馈移位寄存器被设置成所述预定值。4.根据权利要求3所述的系统，其中，第一特征方程限定所述第一线性反馈移位寄存器，第二特征方程限定所述第二线性反馈移位寄存器，所述第一特征方程与所述第二特征方程相同。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发送装置还被配置成：在所述数据被加扰之后对所生成的数据进行编码；经由多个数据包来发送所生成的数据；以及将多个空闲对插入在选自所述多个数据包的相继数据包之间。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一加扰元件还进行操作以对所述空闲对的至少一部分进行加扰。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一加扰元件在发送每个数据包之前发送至少四个未加扰空闲对。8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一加扰元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·G·吉巴尔蒂，肯伍德·H·霍尔，罗贝特·E·劳恩斯布里，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US