一种数据交换系统、方法、设备及存储介质技术方案

本申请公开了一种数据交换系统、方法、设备及存储介质，涉及以太网领域，包括：分类模块，用于接收发送端口的数据帧，并根据特征标签确定出待缓存帧和数据流向；缓存模块，用于在待缓存帧的数据流向和预设流向相同时，确定待缓存帧的目标接收端口和缓存编号，并将待缓存帧存储至对应的目标缓存；缓存队列管理模块，用于根据转发方式判断待缓存帧是否存储成功，成功后存储缓存编号生成对应的目标缓存队列；分发模块，用于根据目标缓存队列中的缓存编号读取数据帧，并发送至对应的目标接收端口。通过仅用于工业网络的网络交换专用交换机，降低了工业以太网数据传输延迟，满足工控设备低延时高可靠性的要求，并且使用的硬件资源少，成本更低。成本更低。成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种数据交换系统、方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及以太网领域，特别涉及一种数据交换系统、方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]工业以太网是应用于工业自动化领域的一种基于以太网技术的通信协议，需要满足工业自动化应用对实时性、可靠性和抗干扰能力等要求。工业以太网协议(Industrial Ethernet)采用统一的以太网技术，需要满足实时性、可靠性、易扩展性。工控设备是指应用于工业控制系统中的各种电子设备，主要任务是收集和处理来自生产现场的数据，并向现场下达相应的控制命令，从而实现对工业生产过程的监控和自动化控制。工业以太网线型拓扑的基本要求为每台工控设备需要至少2个以上的网口，且要满足网络数据交换功能，这就需要通过多网口扩展方法来实现上述要求。目前通过通用交换机技术可以作为各种网络设备(包括工控设备)的多网口扩展方法。但是通用交换机技术实现工控设备的多网口扩展方法不适合工业以太网，首先通用交换机抗干扰能力较差，通用交换机多数用于企业内部网络，其设计注重数据速率和数据容量，而工业现场往往存在大量的电磁噪声、电压干扰及环境震动等，如果使用通用交换机，很容易造成通信质量下降或丢失数据。并且不满足工业自动化特别需求。工业环境中，对网络的稳定性、延迟、可靠性等特别要求比较高，与企业内部网络相比，需要更大程度保证数据传输的实时性和正确性，而通用交换机缺乏相关特殊接口和协议支持，并未针对工业环境进行专门优化。通用交换机的部署和维护成本高，工业环境一般采用分布式控制系统，设备数量较多，在工业以太网最常见的线形拓扑下需要在每台设备上单独部署，成本比较高。
[0003]通用交换机则主要被设计用于企业内部网络，相比工业环境特殊需求差别较大。这样一来，通用交换机在工业环境中的使用将会面临较多挑战，难以满足工业场景的需求，同时也难以保证网络的安全、稳定、可靠和高效。因此，如何设计一种针对工业环境的专用交换机是本领域有待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种数据交换系统、方法、设备及存储介质，可以通过仅用于工业网络的网络交换专用交换机，降低了工业以太网数据传输延迟，满足工控设备低延时高可靠性的要求，并且使用的硬件资源少，成本更低。其具体方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供了一种数据交换系统，应用于交换机，包括：
[0006]分类模块，用于接收预设发送端口发送的若干数据帧，并根据所述数据帧的特征标签从所述数据帧确定出待缓存帧和所述待缓存帧的数据流向；
[0007]缓存模块，用于在所述待缓存帧的数据流向和预设流向相同时，确定所述待缓存帧对应的目标接收端口和所述目标接收端口对应的缓存编号，并基于预设存储规则将所述待缓存帧存储至所述缓存编号对应的目标缓存；
[0008]缓存队列管理模块，用于根据所述待缓存帧的转发方式判断所述待缓存帧是否存
储成功，并在所述待缓存帧存储成功后利用预设寄存器存储所述目标缓存对应的所述缓存编号，根据所述缓存编号生成所述目标接收端口对应的目标缓存队列；
[0009]分发模块，用于根据所述目标缓存队列中的所述缓存编号读取对应的所述目标缓存中的所述数据帧，并将所述数据帧发送至所述目标缓存队列对应的所述目标接收端口。
[0010]可选的，所述分类模块，包括：
[0011]标签确定单元，用于检测所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置确定所述数据帧的特征标签；
[0012]待缓存帧确定单元，用于根据所述特征标签基于预设硬件资源和工业以太网协议类型从所述数据帧确定出待缓存帧。
[0013]可选的，所述缓存模块，包括：
[0014]数据帧清除单元，用于在所述待缓存帧的数据流向和预设流向不相同时，清除所述待缓存帧。
[0015]可选的，所述缓存队列管理模块，包括：
[0016]信号检测单元，用于当所述待缓存帧的转发方式为立即转发时，检测所述待缓存帧是否存在用于表征帧类型和转发流向有效的脉冲信号；
[0017]待缓存帧判断单元，用于当存在所述脉冲信号时，判断所述待缓存帧是否存储成功，并在存储成功时利用所述预设寄存器存储所述目标缓存对应的所述缓存编号。
[0018]可选的，所述数据交换系统还包括：
[0019]空缓存编号管理模块，用于确定未存储所述数据帧的空缓存，基于所述空缓存对应的空缓存编号生成空缓存编号队列，并将所述空缓存编号队列存储至所述预设寄存器中。
[0020]可选的，所述空缓存编号管理模块，包括：
[0021]寄存器更新单元，用于将所述待缓存帧存储至所述缓存编号对应的目标缓存后，基于所述目标缓存的所述缓存编号更新所述空缓存编号队列。
[0022]可选的，所述缓存模块，包括：
[0023]编号判断单元，用于当前所述待缓存帧至所述目标缓存后，判断所述空缓存编号队列中是否仍存在未存储数据帧的所述空缓存对应的空缓存编号；
[0024]编号读取单元，用于当存在所述空缓存编号时，从所述空缓存编号队列中读取所述空缓存编号，以将所述空缓存编号对应的空缓存作为目标缓存存储所述待缓存帧。
[0025]第二方面，本申请提供了一种数据交换方法，应用于交换机，包括：
[0026]接收预设发送端口发送的若干数据帧，并根据所述数据帧的特征标签从所述数据帧确定出待缓存帧和所述待缓存帧的数据流向；
[0027]在所述待缓存帧的数据流向和预设流向相同时，确定所述待缓存帧对应的目标接收端口和所述目标接收端口对应的缓存编号，并基于预设存储规则将所述待缓存帧存储至所述缓存编号对应的目标缓存中；
[0028]根据所述待缓存帧的转发方式判断所述待缓存帧是否存储成功，并在所述待缓存帧存储成功后利用预设寄存器存储所述目标缓存对应的所述缓存编号，根据所述缓存编号生成所述目标接收端口对应的目标缓存队列；
[0029]根据所述目标缓存队列中的所述缓存编号读取对应的所述目标缓存中的所述数
据帧，并将所述数据帧发送至所述目标缓存队列对应的所述目标接收端口。
[0030]第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现前述的数据交换方法。
[0031]第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的数据交换方法。
[0032]本申请基于数据交换系统，具体包括：分类模块，用于接收预设发送端口发送的若干数据帧，并根据所述数据帧的特征标签从所述数据帧确定出待缓存帧和所述待缓存帧的数据流向；缓存模块，用于在所述待缓存帧的数据流向和预设流向相同时，确定所述待缓存帧对应的目标接收端口和所述目标接收端口对应的缓存编号，并基于预设存储规则将所述待缓存帧存储至所述缓存编号对应的目标缓存；缓存队列管理模块，用于根据所述待缓存帧的转发方式判断所述待缓存帧是否存储成功，并在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据交换系统，其特征在于，应用于交换机，包括：分类模块，用于接收预设发送端口发送的若干数据帧，并根据所述数据帧的特征标签从所述数据帧确定出待缓存帧和所述待缓存帧的数据流向；缓存模块，用于在所述待缓存帧的数据流向和预设流向相同时，确定所述待缓存帧对应的目标接收端口和所述目标接收端口对应的缓存编号，并基于预设存储规则将所述待缓存帧存储至所述缓存编号对应的目标缓存；缓存队列管理模块，用于根据所述待缓存帧的转发方式判断所述待缓存帧是否存储成功，并在所述待缓存帧存储成功后利用预设寄存器存储所述目标缓存对应的所述缓存编号，根据所述缓存编号生成所述目标接收端口对应的目标缓存队列；分发模块，用于根据所述目标缓存队列中的所述缓存编号读取对应的所述目标缓存中的所述数据帧，并将所述数据帧发送至所述目标缓存队列对应的所述目标接收端口。2.根据权利要求1所述的数据交换系统，其特征在于，所述分类模块，包括：标签确定单元，用于检测所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置确定所述数据帧的特征标签；待缓存帧确定单元，用于根据所述特征标签基于预设硬件资源和工业以太网协议类型从所述数据帧确定出待缓存帧。3.根据权利要求1所述的数据交换系统，其特征在于，所述缓存模块，包括：数据帧清除单元，用于在所述待缓存帧的数据流向和预设流向不相同时，清除所述待缓存帧。4.根据权利要求1所述的数据交换系统，其特征在于，所述缓存队列管理模块，包括：信号检测单元，用于当所述待缓存帧的转发方式为立即转发时，检测所述待缓存帧是否存在用于表征帧类型和转发流向有效的脉冲信号；待缓存帧判断单元，用于当存在所述脉冲信号时，判断所述待缓存帧是否存储成功，并在存储成功时利用所述预设寄存器存储所述目标缓存对应的所述缓存编号。5.根据权利要求1至4任一项所述的数据交换系统，其特征在于，还包括：空缓存编号管理模块，用于确定未存储所述数据帧的空缓存，基于所述空缓存...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，吴伟，李政镖，黄进忠，
申请(专利权)人：杭州禾芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：