一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机制造技术

技术编号:14172603 阅读:1320 留言:0更新日期:2016-12-13 00:32
本发明专利技术公开了一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,包括可编程逻辑芯片FPGA、多口以太网交换芯片Switch和若干片以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn,所述以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn分别通过网络接口与可编程逻辑芯片FPGA相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch相连接。本发明专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,利用FPGA作为PRP/HSR模块的实现的载体,配合Switch交换芯片,在实现普通交换功能的基础上完成对PRP/HSR协议的支持,并具有报文驻留延时测量功能,具有良好的应用前景。

Industrial Ethernet switch integrated PRP/HSR Redundancy Protocol

Industrial Ethernet switch, the invention discloses an integrated PRP/HSR redundancy protocol, including programmable logic chip FPGA, multi port Ethernet switch chip Switch and a plurality of physical layer of Ethernet interface chip PHY0 PHYn, the physical layer of Ethernet interface chip PHY0 PHYn respectively through the network interface and programmable logic chip FPGA is connected. The programmable logic chip FPGA is connected through the network interface and multi port Ethernet switch chip Switch. Industrial Ethernet switch integrated PRP/HSR redundancy protocol of the invention, the use of FPGA as a carrier to realize the PRP/HSR module, with the Switch switch chip, the completion of the PRP/HSR protocol based on common exchange function, and has the message resides delay measurement function, and has good application prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业控制
,具体涉及一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机
技术介绍
IEC62439-3规范中定义了PRP(并行冗余协议)和HSR(高可靠无缝冗余)两种协议,以便提升工业以太网可靠性,PRP(并行冗余协议)和HSR(高可靠无缝冗余)的基本思路都是通过双路冗余,提高可靠性,由网络终端根据丢弃算法选择最优的一路数据,完成实时可靠无缝切换。目前,PRP/HSR冗余协议都在数据链路层实现,底层物理层和普通网络没有任何区别,导致网络可靠性不佳,而且,使用不便。但是,随着工业控制应用对网络可靠性的要求越来越高,PRP/HSR冗余协议的应用越来越广泛,作为以太网数据交换中心的交换机,如何对PRP/HSR的冗余协议支持,成为一种迫切需求,是当前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是现有的PRP/HSR冗余协议都在数据链路层实现,导致网络可靠性不佳,使用不便的问题。本专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,利用FPGA作为PRP/HSR模块的实现的载体,配合Switch交换芯片,在实现普通交换功能的基础上完成对PRP/HSR协议的支持,并具有报文驻留延时测量功能。为了达到上述目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于:包括可编程逻辑芯片FPGA、多口以太网交换芯片Switch和若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn,所述以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn分别通过网络接口与可编程逻辑芯片FPGA相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块,转发模块,所述通道矩阵模块,用于PRP/HSR模块,转发模块与以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn之间建立通信桥梁,将以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn的映射到PRP/HSR模块或转发模块上,通过网络接口分别与若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn相连接;所述PRP/HSR模块为若干组,用于实现PRP/HSR协议,并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联;各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道;所述转发模块为若干组,用于实现以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn与多口以太网交换芯片Switch的桥接,仅做报文传输的转发,通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联。前述的一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于:所述网络接口包括MII接口、GMII接口、RGMII接口、SGMII接口。前述的一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于: 各PRP/HSR模块均包括冗余处理子单元、协议转换子单元、内部互联单元,所述冗余处理子单元用于外接对应的以太网物理层接口芯片,并在数据链路层实现IEC62439-3规范中的PRP/HSR标准冗余协议,实现报文信息的存储、查询、老化、更新;所述协议转换子单元用于实现网络件的协议转换,并通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch互联;所述内部互联单元,用于实现两组PRP/HSR模块的互联。前述的一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于: 所述通道矩阵模块能够识别以太网物理层接口芯片发送的报文头、报文类型、并在接收时刻打时标T1和发送报文的时刻打时标T2,根据T2和T1的时间差,计算报文的总驻留时间。本专利技术的有益效果是:本专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,在接收报文数据时,FPGA内部的PRP/HSR模块识别接收到PRP/HSR报文,按照IEC62439-3协议要求,进行查找计算,丢弃双网中的某一份报文,保留其中一份;在发送数据时,将一份报文复制成两份,分别加上PRP/HSR报文信息字段,发送至两路的PHY端口,实现冗余功能,具有以下优点,(1)PRP/HSR模块的端口可通过软件配置关联到任意外部PHY端口;(2) FPGA内部可实现多组PRP/HSR模块;(3)PRP/HSR模块可与Switch连接,实现PRP/HSR到网络的互通;(4)两组PRP/HSR模块可通过内部互联模块,实现两个冗余网络的互连互通;(5)经过交换机的指定类型或所有报文,可自动测量总驻留延时。附图说明图1是本专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机的系统框图。图2是本专利技术的PRP/HSR模块的系统框图。具体实施方式下面将结合说明书附图,对本专利技术作进一步的说明。如图1 所示,本专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于包括可编程逻辑芯片FPGA、多口以太网交换芯片Switch和若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn,所述以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn分别通过网络接口与可编程逻辑芯片FPGA相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块,转发模块,所述通道矩阵模块,用于PRP/HSR模块,转发模块与以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn之间建立通信桥梁,将以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn的映射到PRP/HSR模块或转发模块上,通过网络接口分别与若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn相连接;所述PRP/HSR模块为若干组,用于实现PRP/HSR协议,并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联;各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道;所述转发模块为若干组,用于实现以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn与多口以太网交换芯片Switch的桥接,仅做报文传输的转发,通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联。所述网络接口包括MII接口、GMII接口、RGMII接口、SGMII接口,当然也不局限于上述接口,图1中用xMII表示网络接口。如图2所示,各PRP/HSR模块均包括冗余处理子单元、协议转换子单元、内部互联单元,所述冗余处理子单元用于外接对应的以太网物理层接口芯片,并在数据链路层实现IEC62439-3规范中的PRP/HSR标准冗余协议,实现报文信息的存储、查询、老化、更新;所述协议转换子单元用于实现网络件的协议转换,并通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch互联;所述内部互联单元,用于实现两组PRP/HSR模块的互联。所述通道矩阵模块能够识别以太网物理层接口芯片发送的报文头、报文类型、并在接收时刻打时标T1和发送报文的时刻打时标T2,根据T2和T1的时间差,计算报文的总驻留时间,实现自动测量报文的总驻留延时。本专利技术的集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,利用三个芯片的物理构架,在传统交换交换机多口以太网交换芯片Switch与以太网物理层接口芯片之间加入可编程FPGA芯片,实现IEC62439-3冗余协议,并可实现与网的互联互通,以及任意两个PRP/HSR模块网络之间的互通,利用FPGA的灵活可编程特性,改变PRP/H本文档来自技高网...
一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机

【技术保护点】
一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于:包括可编程逻辑芯片FPGA、多口以太网交换芯片Switch和若干片以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn,所述以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn分别通过网络接口与可编程逻辑芯片FPGA相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块,转发模块,所述通道矩阵模块,用于PRP/HSR模块,转发模块与以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn之间建立通信桥梁,将以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn的映射到PRP/HSR模块或转发模块上,通过网络接口分别与若干片以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn相连接;所述PRP/HSR模块为若干组,用于实现PRP/HSR协议,并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联;各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道;所述转发模块为若干组,用于实现以太网物理层接口芯片PHY0‑ PHYn与多口以太网交换芯片Switch的桥接,仅做报文传输的转发,通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联。...

【技术特征摘要】
1.一种集成PRP/HSR冗余协议的工业以太网交换机,其特征在于:包括可编程逻辑芯片FPGA、多口以太网交换芯片Switch和若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn,所述以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn分别通过网络接口与可编程逻辑芯片FPGA相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch相连接,所述可编程逻辑芯片FPGA内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块,转发模块,所述通道矩阵模块,用于PRP/HSR模块,转发模块与以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn之间建立通信桥梁,将以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn的映射到PRP/HSR模块或转发模块上,通过网络接口分别与若干片以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn相连接;所述PRP/HSR模块为若干组,用于实现PRP/HSR协议,并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联;各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道;所述转发模块为若干组,用于实现以太网物理层接口芯片PHY0- PHYn与多口以太网交换芯片Switch的桥接,仅...

【专利技术属性】
技术研发人员:周华良杨志宏沈健吴海王凯甘云华
申请(专利权)人:国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞南京控制系统有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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