一种数据传输方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种数据传输方法以及实现这种方法的装置，使用了以太网物理端口和以太网收发器，但并未使用以太网的MAC控制器；设备发送的带目的地址的数据帧传输至接口转换芯片，接口转换芯片输出端为以太网物理端口；接口转换芯片的以太网物理端口与交换机以太网物理端口连接，交换机从以太网物理端口数据流中提取有效数据帧，并根据数据帧目标地址，将数据帧转发至相应的以太网物理端口；接口转换芯片以太网物理端口接收到数据包后，提取有效的数据帧，并将此数据帧通过串口或并口输出至设备；通过接口转换芯片接入本交换机的设备可以操作普通的串口或者并口就能实现远距离、高速率、高实时的通讯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种数据传输方法及装置。
技术介绍
在工业控制场合，以太网技术获得了较大发展。获得高速实时安全可靠的工业以太网网络是大家努力的目标。众多实时的工业以太网技术使用专用的交换机技术，然而实时性安全性依然难以保障。原因是以太网本来不是为工业控制而设计的，它只适合传输大包数据，工业控制场合数据流量一般较小，如果使用以太网通讯，即便是传输一个比特的信息，也需要至少64字节的数据包传输，带宽的利用率为0.2％。现在，比较成功的案例是EtherCAT总线技术，它并未使用交换机，具备较高的实时性和安全性。然而EtherCAT总线数据从主站到从站，每一站都有一定的滞后延迟，这种延迟是叠加的，这就制约了其实时性进一步提升。现有的交换式网络，如星形和多星形网络，与传统主从式的现场总线相比具有很大的优越性。因为，星形连接的交换机保证了每一个总线接入点之间的通信都是主对主通信。接入点故障不会引起其它不相干点通信故障，保障系统的安全性。另外，主对主的通信协议可以非常简单，因此开发出安全可靠的通信软件模块变得容易，保障了系统的安全性。再次，交换式的总线的通信是多路并发，点对点数据吞吐能力和接入设备数量无关，打破了“共享带宽”的瓶颈。最后一点，通信延迟可以得到控制。对于高实时要求的控制系统，星形连接是低成本的方法。
技术实现思路
为了使以太网传输介质适合实时传输短帧数据，使用硬件电路将短帧数据插入有最小数据长度的以太网收发器数据流中；同时实现从有最小数据长度的以太网收发器数据流中提取短数据帧的功能；数据传输时，采用星型连接，数据经过交换机转发，可以减少EtherCAT这类总线的滞后延时，使通信具备更高的实时性。基于上述目的，本专利技术提出一种数据传输方法，包括，设备通过串口或并口发送带目的地址的数据帧至输出端为以太网物理端口的接口转换芯片，所述接口转换芯片的以太网物理端口与交换机以太网物理端口连接，交换机从以太网物理端口数据流中提取有效数据帧，并根据数据帧目标地址，将数据帧转发至相应的以太网物理端口；接口转换芯片的以太网物理端口接收到数据帧后，提取有效的数据帧，并将此数据帧通过串口或并口输出至设备；所述的串口包括同步或者异步串口；其特征在于：所述接口转换芯片和交换机的以太网物理端口只保留物理层协议功能，无MAC功能支持；所述数据帧带目标地址，所述数据帧的长度的取值范围为8字节到256字节；当有要通过以太网物理端口发送的数据帧就绪时，如果未启动数据包发送，则立即启动数据包发送，数据帧发送完成后，如果没有其他数据帧就绪，则发送空指令帧，数据帧启动后保持数据帧的发送直至数据包字节数超过以太网收发器规定的最大字节数，当连续发送约定数量的空指令帧且数据包字节数已经超过了以太网收发器规定的最小字节数时，结束数据包发送；太网物理端口在收到数据之后，不用等待数据包完整接收，交换机会从数据流提取有效数据帧，然后根据数据帧的目标地址进行转发，对于接口转换芯片则会将数据帧通过串口或并口输出至设备。基于上述目的，本专利技术还提出一种数据传输装置，包括交换机芯片，所述交换机芯片包括：多路以太网物理端口，每路所述以太网物理端口包括：收发控制模块、接收环形FIFO、发送FIFO、数据帧插入器、数据帧分离器，一个共享的交换引擎；所述收发控制模块负责将以太网收发器接收到数据存储至接收环形FIFO，同时负责将发送FIFO中数据发送至以太网收发器；所述接收环形FIFO为接收数据缓存；所述发送FIFO为发送数据缓存；所述数据帧插入器负责将要发送的数据帧插入至发送数据缓存FIFO；所述数据帧分离器负责从接收到的数据流中分离出数据帧；所述交换引擎负责控制各路数据帧的交换，所述的数据帧插入器、数据帧分离器由交换引擎控制；引入数据帧插入器、数据帧分离器结合交换引擎进行数据流控制；所述的数据帧分离器通过解析数据帧特定字节判断数据帧长度以确定数据帧，同时判定出下一帧开头位置；所述的数据帧分离器从接收到的数据流中分离出数据帧之后，交换引擎将触发数据帧插入器，将数据帧移动至目的端口的发送FIFO中；进一步的，所述数据帧分离器用于从接收到的数据流中分离出数据帧，并由交换引擎将数据帧移动至目的端口的发送FIFO中，移动数据帧第一个字节后即产生数据帧就绪信号的。进一步的，还包括接口转换芯片，所述接口转换芯片包括：串口或并口模块、收发控制模块、接收环形FIFO、发送FIFO、数据帧插入器、数据帧分离器，控制引擎；所述串口或并口模块实现串口或并口功能，带收发缓存，所述收发控制模块负责将以太网收发器接收到数据存储至接收环形FIFO数据，同时负责将发送FIFO数据发送至以太网收发器；所述接收环形FIFO为接收数据缓存；所述发送FIFO为发送数据缓存；所述数据帧插入器负责将要发送的数据帧插入至发送数据缓存FIFO；所述数据帧分离器负责在接收到的数据流中分离出数据帧；所述控制引擎负责串口或并口模块与以太网物理端口的数据传输，所述的数据帧插入器、数据帧分离器、串口或并口模块由控制引擎控制；引入数据帧插入器、数据帧分离器结合控制引擎进行数据流控制；所述的数据帧分离器通过解析数据帧特定字节判断数据帧长度以确定数据帧，同时判定出下一帧开头位置；所述的数据帧分离器从接收到的数据流中分离出数据帧之后，控制引擎将触发数据帧插入器，将数据帧移动至串口或并口模块发送缓存中。进一步的，数据帧分离器从接收到的数据流中分离出数据帧之后，交换引擎将数据帧移动至串口或并口发送缓存，移动数据帧第一个字节后即产生数据帧就绪信号的。进一步的，当数据接收时，不经过串口或并口模块缓存，直接写入接收环形FIFO。本专利技术的有益效果是：使以太网传输介质适合实时传输短帧数据，使用硬件电路将短帧数据插入有最小数据长度的以太网收发器数据流中；同时实现从有最小数据长度的以太网收发器数据流中提取短数据帧的功能；数据传输时，采用星型连接，数据经过交换机转发，可以减少EtherCAT这类总线的滞后延时，使通信具备更高的实时性。附图说明图1为接入设备硬件连接图；图2为交换机硬件连接图；图3为八字节指令帧；图4为数据包扩展帧；图5为环形FIFO；图6为接口转换芯片发送原理图；图7为接口转换芯片接收原理图；图8为接口转换芯片模块图；图9为交换机主控芯片模块图。具体实施方式下面以一个实施例为例，对本专利技术的具体实现方式进行描述。如图1所示，为接入设备硬件连接图。接入设备101，接口转换芯片102，以太网收发器103，网络变压器104顺序连接；以太网收发器加以太网网络变压器104构成以太网物理端口；图2为交换机硬件连接图，交换机各端口为上述以太网物理端口。所述接口转换芯片的一种实施例为FPGA芯片构成的准芯片。所述交换机芯片的一种实施例为FPGA芯片构成的准芯片。所述常见端口的实施例有UART、SPI、并口。所述以太网收发器接口一种实施例为RMII接口。所述网络变压器，一种实施例还包括RJ45以太网接口端子。所述交换机的一种实施例见图2。所述接口转换芯片102结构图见图8。包括串口或并口模块、收发控制模块、接收环形FIFO、发送FIFO、数据帧插入器、数据帧分离器，控制引擎；所述接收环形FIFO示意图5，其特点是FIFO的尾字节的下一字节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据传输方法，包括，设备通过串口或并口发送带目的地址的数据帧至输出端为以太网物理端口的接口转换芯片，所述接口转换芯片的以太网物理端口与交换机以太网物理端口连接，交换机从以太网物理端口数据流中提取有效数据帧，并根据数据帧目标地址，将数据帧转发至相应的以太网物理端口；接口转换芯片的以太网物理端口接收到数据帧后，提取有效的数据帧，并将此数据帧通过串口或并口输出至设备；所述的串口包括同步或者异步串口；其特征在于：所述接口转换芯片和交换机的以太网物理端口只保留物理层协议功能，无MAC功能支持；所述数据帧带目标地址，所述数据帧的长度的取值范围为8字节到256字节；当有要通过以太网物理端口发送的数据帧就绪时，如果未启动数据包发送，则立即启动数据包发送，数据帧发送完成后，如果没有其他数据帧就绪，则发送空指令帧，数据帧启动后保持数据帧的发送直至数据包字节数超过以太网收发器规定的最大字节数，当连续发送约定数量的空指令帧且数据包字节数已经超过了以太网收发器规定的最小字节数时，结束数据包发送；太网物理端口在收到数据之后，不用等待数据包完整接收，交换机会从数据流提取有效数据帧，然后根据数据帧的目标地址进行转发，对于接口转换芯片则会将数据帧通过串口或并口输出至设备。...

【技术特征摘要】
1.一种数据传输方法，包括，设备通过串口或并口发送带目的地址的数据帧至输出端为以太网物理端口的接口转换芯片，所述接口转换芯片的以太网物理端口与交换机以太网物理端口连接，交换机从以太网物理端口数据流中提取有效数据帧，并根据数据帧目标地址，将数据帧转发至相应的以太网物理端口；接口转换芯片的以太网物理端口接收到数据帧后，提取有效的数据帧，并将此数据帧通过串口或并口输出至设备；所述的串口包括同步或者异步串口；其特征在于：所述接口转换芯片和交换机的以太网物理端口只保留物理层协议功能，无MAC功能支持；所述数据帧带目标地址，所述数据帧的长度的取值范围为8字节到256字节；当有要通过以太网物理端口发送的数据帧就绪时，如果未启动数据包发送，则立即启动数据包发送，数据帧发送完成后，如果没有其他数据帧就绪，则发送空指令帧，数据帧启动后保持数据帧的发送直至数据包字节数超过以太网收发器规定的最大字节数，当连续发送约定数量的空指令帧且数据包字节数已经超过了以太网收发器规定的最小字节数时，结束数据包发送；太网物理端口在收到数据之后，不用等待数据包完整接收，交换机会从数据流提取有效数据帧，然后根据数据帧的目标地址进行转发，对于接口转换芯片则会将数据帧通过串口或并口输出至设备。2.一种数据传输装置，其特征在于，包括交换机芯片，所述交换机芯片包括：多路以太网物理端口，每路所述以太网物理端口包括：收发控制模块、接收环形FIFO、发送FIFO、数据帧插入器、数据帧分离器，一个共享的交换引擎；所述收发控制模块负责将以太网收发器接收到数据存储至接收环形FIFO，同时负责将发送FIFO中数据发送至以太网收发器；所述接收环形FIFO为接收数据缓存；所述发送FIFO为发送数据缓存；所述数据帧插入器负责将要发送的数据帧插入至发送数据缓存FIFO；所述数据帧分离器负责从接收到的数据流中分离出数据帧；所述交换引擎负责控制各路数据帧的交换，所述的数据帧插入器、数据帧分离器由交换引擎控制；其特征在于，引入数据帧插入器、数...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小春，
申请(专利权)人：湖南戈人自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43