一种智能热备冗余双网卡及热备冗余方法技术

本发明专利技术公开了一种智能热备冗余双网卡及热备冗余方法，硬件上单片机为核心部件，通过串口接收中断，从RS485接口、RS232接口和CAN接口获取串行口数据，并作为网络应用层数据，封装在TCP/UDP报文中，通过网络控制电路发送出去。支持双网的热备冗余无缝切换，对外表现为一个MAC地址和一个IP地址，在某一个网口出现通信故障时，能够在20ms内快速切换到备用网口，TCP/UDP协议层无需重建，直接进行网络数据的正常收发。本发明专利技术结可以很方便的嵌入安装在电气设备的机箱内，电气设备的软硬件不需要做任何修改就可以支持以太网协议。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通讯网卡领域，具体为。
技术介绍
在目前电力行业中，很多电气设备只支持低速串行通讯方式，使用的通信接口一般局限为RS485、RS232和CAN三种，而低速串行通讯方式在实时性、安全性和传输效率方面都存在很大的局限性，正逐渐被以太网通讯方式所替代，数字化变电站概念的提出更是加速了替换的进程，这也是目前电力系统的发展趋势。但对于某些电气设备而言，扩展以太网通讯势必需要更改原先的硬件架构，软件也需要做相应的修改，工作量大，复杂度提高，必然给一个成熟产品带来了很多不确定因素，产品稳定性下降，额外又会增加很多风险成本。另外，某些电气设备虽然支持双网卡，但无法实现智能热备冗余切换，当某个网卡出现链路层故障，无法实时切换到另一个网卡，必须等到上位机检测出通讯故障，再进行切换，延时一般在5s以上,这给电力系统带来很大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决现有技术存在的问题。为了达到上述目 的，本专利技术所采用的技术方案为 一种智能热备冗余双网卡，包括有单片机，其特征在于单片机的通讯接口分别接入有RS485通讯电路、RS232通讯电路、CAN通讯电路，所述单片机通过RS485通讯电路连接外部电气设备的RS485接口，单片机通过RS232通讯电路连接外部电气设备的RS232接口，单片机通过CAN通讯电路连接外部电气设备的CAN接口，单片机上还接入有两路网络控制电路，每路网络控制电路上分别接入有网口，所述单片机通过网络控制电路、网口与外部以太网络连接，以收发以太网格式报文，实现TCP/UDP/ARP/ICMP四种网络协议处理。所述的一种智能热备冗余双网卡，其特征在于单片机上还接入有外置扩展RAM。一种双网卡热备冗余方法，其特征在于设两个网络控制电路分别为A、B网络控制电路，A网络控制电路接入的网口为A网口，B网络控制电路接入的网口为B网口； 首先初始化A、B网口的网络参数，使用相同的MAC地址和IP地址，A、B网口都设置为备用状态； 其次通过IOms中断进行网口主备检测先检测A网口，如果物理层Link状态为UP，则将A网口设置为主用状态，B网口置为备用状态，并通过A网口发送免费ARP报文，以更新交换机MAC端口表；如果A网口物理层Link状态不是UP’则继续检测B网口物理层Link状态，如果为UP状态，则将B网口设置为主用状态，A网口置为备用状态，并从B网口发送免费ARP报文，以更新交换机MAC端口表； 然后通过外部中断接收网络报文先判断哪个网口发来数据，再判断发来数据的网口状态是否为主用，如果是备用状态，则丢弃收到的报文，如果是主用状态，则进入网络报文处理的下一步流程； 最后通过串行口中断接收串行口数据接收完数据后先进行TCP/UDP报文封装，再判断网口状态，只从主状态网口发送数据，如果都为备用状态，则丢弃该数据。本专利技术优点为1、结构简单，体积小巧，可以很方便的嵌入安装在电气设备的机箱内，电气设备的软硬件不需要做任何修改，就可以支持以太网协议，实现以太网通讯。2、支持双网口的热备冗余切换，对外表现为一个MAC地址和一个IP地址，在某一个网口出现通信故障时，能够在20ms内快速切换到备用网口，TCP/UDP协议层无需重建，直接进行网络数据的正常收发。附图说明图1为本专利技术硬件结构原理框图。图2为本专利技术外部典型接线方式示意图。图3为本专利技术热备冗余方法流程图。具体实施例方式一种智能热备冗余双网卡，包括有单片机单片机的通讯接口分别接入有RS485通讯电路、RS232通讯电路、CAN通讯电路，单片机通过RS485通讯电路连接外部电气设备的RS485接口，单片机通过RS232通讯电路连接外部电气设备的RS232接口，单片机通过CAN通讯电路连接外部电气设备的CAN接口，单片机上还接入有两路网络控制电路，每路网络控制电路上分别接入有网口，所述单片机通过网络控制电路、网口与外部以太网络连接，以收发以太网格式报文，实现TCP/UDP/ARP/ICMP四种网络协议处理。单片机上还接入有外置扩展RAM。一种双网卡热备冗余方法，设两个网络控制电路分别为A、B网络控制电路，A网络控制电路接入的网口为A网口，B网络控制电路接入的网口为B网口 ； 首先初始化A、B网口的网络参数，使用相同的MAC地址和IP地址，A、B网口都设置为备用状态； 其次通过IOms中断进行网口主备检测先检测A网口，如果物理层Link状态为UP，则将A网口设置为主用状态，B网口置为备用状态，并通过A网口发送免费ARP报文，以更新交换机MAC端口表；如果A网口物理层Link状态不是UP’则继续检测B网口物理层Link状态，如果为UP状态，则将B网口设置为主用状态，A网口置为备用状态，并从B网口发送免费ARP报文，以更新交换机MAC端口表； 然后通过外部中断接收网络报文先判断哪个网口发来数据，再判断发来数据的网口状态是否为主用，如果是备用状态，则丢弃收到的报文，如果是主用状态，则进入网络报文处理的下一步流程； 最后通过串行口中断接收串行口数据接收完数据后先进行TCP/UDP报文封装，再判断网口状态，只从主状态网口发送数据，如果都为备用状态，则丢弃该数据。如I所示，本专利技术提供了一种智能热备冗余双网卡，单片机为整个模块的核心部件，负责串行口数据的收发、网络TCP/UDP协议处理和以太网报文收发。单片机通过RS485通讯电路连接到电气设备的RS485接口，获取RS485通讯数据；通过RS232通讯电路连接电气设备的RS232接口，获取RS232通讯数据；通过CAN通讯电路连接电气设备的CAN接口，获取CAN通讯数据；同时，单片机还通过网络控制电路、网口，收发以太网格式报文，实现TCP/UDP/ARP/ICMP四种网络协议处理，满足以太网通讯需求。单片机上还接入外置扩展RAM，因为自带大容量RAM的单片机价格偏高，外置RAM既保证单片机有足够的RAM资源，又可以降低产品成本。如图2所示。智能热备冗余双网卡经双绞线连接到交换机，两个网口通过逻辑判断分为主用和备用两种状态，只有主用网口才会接受和处理网络报文，两个网口使用相同的MAC地址和IP地址，保证在热备冗余切换时网络协议层无需重新协商，直接实现数据的无缝切换，切换速度在20ms以内。如图3所示。网卡上电后，先初始化相关参数，包括外部中断、定时器中断、串行口中断、全局变量和网络参数等，特别，将A网口和B网口的MAC/IP地址设置为相同，且状态都设置为备用。初始化完成后，进入中断检测，优先级从高到低，先进入IOms中断服务程序先检测A网口，如果物理层Link状态为UP,则将A网置为主用状态，B网口置为备用状态,并通过A网口发送免费ARP报文，以更新交换机311的MAC端口表；如果A网口物理层Link状态不是UP’则继续检测B网口物理层Link状态，如果为UP状态，则将B网口置为主用状态，A网口置为备用状态，并从B网口发送免费ARP报文，以更新交换机311的MAC端口表； 再通过外部中断接收网络报文先判断哪个网口发来数据，再判断该网口状态是否为主用，如果是备用状态，丢弃收到的报文，如果是主用状态，则进入网络报文处理的下一步流程。最后通过串行口中断接收串行口数据接收完数据后先进行TCP/UDP报本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能热备冗余双网卡，包括有单片机，其特征在于：单片机的通讯接口分别接入有RS485通讯电路、RS232通讯电路、CAN通讯电路，所述单片机通过RS485通讯电路连接外部电气设备的RS485接口，单片机通过RS232通讯电路连接外部电气设备的RS232接口，单片机通过CAN通讯电路连接外部电气设备的CAN接口，单片机上还接入有两路网络控制电路，每路网络控制电路上分别接入有网口，所述单片机通过网络控制电路、网口与外部以太网络连接，以收发以太网格式报文，实现TCP/UDP/ARP/ICMP四种网络协议处理。

【技术特征摘要】
1.一种智能热备冗余双网卡，包括有单片机，其特征在于单片机的通讯接口分别接入有RS485通讯电路、RS232通讯电路、CAN通讯电路，所述单片机通过RS485通讯电路连接外部电气设备的RS485接口，单片机通过RS232通讯电路连接外部电气设备的RS232接口，单片机通过CAN通讯电路连接外部电气设备的CAN接口，单片机上还接入有两路网络控制电路，每路网络控制电路上分别接入有网口，所述单片机通过网络控制电路、网口与外部以太网络连接，以收发以太网格式报文，实现TCP/UDP/ARP/ICMP四种网络协议处理。2.根据权利要求1所述的一种智能热备冗余双网卡，其特征在于单片机上还接入有外置扩展RAM。3.—种双网卡热备冗余方法，其特征在于设两个网络控制电路分别为A、B网络控制电路，A网络控制电路接入的网口为A网口，B网络控制电路接入的网口为B网口 ； 首先初始化A、B网...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣堂，蔡勇，李鹏，戴礼智，
申请(专利权)人：滁州安瑞电力自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：