一种低成本高速通信总线及其传输控制方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本高速通信总线，包括主控设备和从设备，主控设备和从设备之间通过串行数据传输总线连接；串行数据传输总线有两路，一路用于传输所述主控设备向所述从设备发送的指令，另一路用于传输所述从设备向所述主控设备发送的应答数据；主控设备和从设备中均包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器实现全双工数据收发。设备中无需采用专用高速通信芯片，绝大部分现有设备在原有基础上再扩一个RS485控制器即可实现高速通信，改造成本低。还公开了一种低成本高速通信总线传输控制方法，通过在传输报文中设计特定转义字符以及增加补偿字节，使报文适合采用DMA方式进行传输，大幅提升总线传输速率。并设计了总线自恢复机制。

A low cost high speed communication bus and its transmission control method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高速通信总线及其传输控制方法
本专利技术属于应用PLC的自动化监控领域，具体涉及一种低成本高速通信总线及其传输控制方法。
技术介绍
目前在应用PLC的自动化监控领域，针对实时高精度运动控制的需求日益增加，这要求主控设备和IO设备之间具备极高的数据传输速度，尽可能减少传输时间，从而降低数据传输延时带来的控制误差。而传统的中小型PLC采用的低速通信总线已不能满足高精度运动控制的需求；部分大型PLC采用专用的通信器件满足主控和IO设备之间的高速通信，但专用器件价格高昂，并且很多专用器件是定制开发的，通用性较差，不能很方便的集成到其它设备中。在一些对控制精度要求较高的工控系统中，主控设备和IO设备之间必须具有极低的数据传输延时，才能确保主控设备能够快速应答外部输入信号的变化，并以极短的时间将控制信号输出到控制机构，以确保控制对象的动作误差满足系统需求。在这种工控系统中，要求主控设备轮询IO设备的周期小于5ms，因此一般采用大型PLC作为核心设备，主要是由于大型PLC的主控设备和IO设备之间一般采用专用的串行通信总线，传输速度极高。国际知名PLC厂商如施耐德、GE、贝加莱等的高端产品，其主控设备和IO设备之间都是基于其独立研制的串行总线通信，并且采用了独立研制的通信芯片，总线通信速率高达一般高达20～50Mbps。这些总线的通信协议是不对外公开的，并且通信芯片也不对外销售。而另外一些PLC厂商的产品则采用公开的Profibus总线作为主控设备和IO设备之间的通信方式，这种通信总线是由西门子公司主导研发的，主控设备和IO设备都需要集成Profibus通信芯片，通信速率最高可达12Mbps，一般也能满足高精度运动控制的需求。无论是采用专用的通信总线或是公开的Profibus总线，这两种通信总线在本质上是基本相同的，其通信架构如图4所示，其主要工作流程如下：1)主控设备或IO设备的MCU和专用的通信芯片之间通过并行总线进行交互；2)通信芯片负责将主控设备或IO设备发送的数据封装为符合串行总线传输协议的数据包，并发送到串行总线上；3)通信芯片负责接收串行总线上的协议数据包并进行解析，若数据包中的地址与自身节点地址一致，则将协议数据包还原为发送端的原始数据包，并通过并行总线发送给自身节点的MCU。Profibus通信芯片的价格已经接近低端PLCIO设备的物理成本，为PLC主控设备和所有配套的IO设备增加一块Profibus芯片，设备总体成本预计要增加。近50％～80％左右，价格方面的竞争力将大幅降低。Profibus对外提供的接口是并行总线，需要PLC主控设备和IO设备的处理器具备并行接口，而低端PLCIO设备的核心处理器一般采用较低端的单片机或ARM处理器，本身硬件资源有限，无法提供多余的引脚用于并行通信，因此大多数IO设备要兼容Profibus的通信方式需要更换资源更丰富的处理器，并且还需要对设备的嵌入式软件进行较为复杂的调整。因此产品升级所需的时间和物理、人力成本都不菲。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低成本高速通信总线及其传输控制方法，解决了通信速度和成本的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种低成本高速通信总线，包括主控设备和从设备，主控设备和从设备之间通过串行数据传输总线连接；所述串行数据传输总线有两路，一路用于传输所述主控设备向所述从设备发送的指令，另一路用于传输所述从设备向所述主控设备发送的应答数据；所述主控设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器；所述从设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器。进一步地，还包括重启数据同步信号线，用于在所述主控设备或所述从设备发现所述串行数据传输总线上数据有错误时通知所有设备重新进行数据同步。起到了总线异常自动恢复的作用。进一步地，所述核心微控制单元包含中断程序；所述重启数据同步信号线与所述核心微控制单元的一个中断引脚连接。进一步地，所述主控设备中，RS485控制器包括MS端口和MR端口，MS端口用于向所述从设备发送指令，MR端口用于接收所述从设备的应答数据；所述从设备中，RS485控制器包括SR端口和SS端口，SR端口用于接收所述主控设备的指令，SS端口用于向所述主控设备发送应答数据和/或用于接收其他从设备发送的数据。进一步地，所述核心微控制单元中包括DMA控制器，并支持以DMA方式进行串行通信。一种低成本高速通信总线的传输控制方法，包括以下步骤：主控设备上电后，立即拉低重启数据同步信号线的电平，主控设备通知串行数据传输总线上的从设备进行数据同步；完成数据同步后，主控设备根据已配置的从设备组织初始化报文，并将初始化报文发送给从设备，初始化报文中包括串行数据传输总线上各个从设备的地址和最大应答延时信息；主控设备发送初始化报文后等待一段时间，若在等待时间内重启数据同步信号线的电平没有被拉低，则主控设备组织命令报文；若在等待时间内重启数据同步信号线的电平被拉低，则主控设备通知串行数据传输总线上的从设备进行数据同步；主控设备将命令报文发送给从设备，发送命令报文的同时接收从设备的应答报文并进行解析处理；主控设备接收到最后一个从设备的结束帧后，结束该次轮询。进一步地，所述初始化报文发送、命令报文发送均将报文分为多帧进行发送，具体为主控设备按设置的DMA发送缓冲区的大小，将报文分为多帧进行发送。进一步地，所述初始化报文和所述命令报文的原始数据包中进行了特定字符转义，且增加了补偿字节。进一步地，所述主控设备将命令报文发送具体为：主控设备首先将第一帧报文填入MS端口的DMA发送缓冲区，然后启动DMA控制器发送，当DMA控制器将DMA发送缓冲区中的第一帧报文发送完毕后，会产生一个中断，通知主控设备的CPU已完成发送，主控设备的CPU此时会进入中断程序，在该中断程序中，将下一帧数据再次填入DMA发送缓冲区，然后循环重复上述步骤，直至所有帧数据发送完毕。进一步地，所述解析处理具体为：主控设备接收到某个从设备的起始帧后，解析出该帧中包含的<ADDR>、<LENGTH>信息，主控设备根据LENGTH和总线传输速率推算出该从设备全部帧传输所需的时间Tss；主控设备将接收帧存放到一个临时缓冲区，然后继续接收下一帧报文，每接收一帧，就和上一帧进行拼接；如果在Tss时间内主控设备接收到该从设备的结束帧，主控设备将结束帧和前面保存的帧拼接，然后对DATA区中的内容进行解码，完成对该从设备应答数据的处理；如果在Tss时间内主控设备接收到其它从设备的起始帧，则主控设备清空存放前一个从设备的临时缓冲区，重新开始解析处理。本专利技术所达到的有益效果：(1)通信总线中核心微控制单元连接两个RS485控制器，实现全双工数据收发。无需采用专用高速通信芯片，在设备原有基础上只需要再扩一个RS485控制器即可，原有设备的大部分器件可保留，硬件调整少，改造成本低，且能够实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高速通信总线，其特征在于，包括主控设备和从设备，主控设备和从设备之间通过串行数据传输总线连接；/n所述串行数据传输总线有两路，一路用于传输所述主控设备向所述从设备发送的指令，另一路用于传输所述从设备向所述主控设备发送的应答数据；/n所述主控设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器；/n所述从设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本高速通信总线，其特征在于，包括主控设备和从设备，主控设备和从设备之间通过串行数据传输总线连接；
所述串行数据传输总线有两路，一路用于传输所述主控设备向所述从设备发送的指令，另一路用于传输所述从设备向所述主控设备发送的应答数据；
所述主控设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器；
所述从设备包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器。


2.根据权利要求1所述的一种低成本高速通信总线，其特征在于，还包括重启数据同步信号线，用于在所述主控设备或所述从设备发现所述串行数据传输总线上数据有错误时通知所有设备重新进行数据同步。


3.根据权利要求2所述的一种低成本高速通信总线，其特征在于，所述核心微控制单元包含中断程序；所述重启数据同步信号线与所述核心微控制单元的一个中断引脚连接。


4.根据权利要求1所述的一种低成本高速通信总线，其特征在于，所述主控设备中，RS485控制器包括MS端口和MR端口，MS端口用于向所述从设备发送指令，MR端口用于接收所述从设备的应答数据；所述从设备中，RS485控制器包括SR端口和SS端口，SR端口用于接收所述主控设备的指令，SS端口用于向所述主控设备发送应答数据和/或用于接收其他从设备发送的数据。


5.根据权利要求1所述的一种低成本高速通信总线，其特征在于，所述核心微控制单元中包括DMA控制器，并支持以DMA方式进行串行通信。


6.一种低成本高速通信总线的传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
主控设备上电后，立即拉低重启数据同步信号线的电平，主控设备通知串行数据传输总线上的从设备进行数据同步；
完成数据同步后，主控设备根据已配置的从设备组织初始化报文，并将初始化报文发送给从设备，初始化报文中包括串行数据传输总线上各个从设备的地址和最大应答延时信息；
主控设备发送初始化报文后等待一段时间，若在等待时间内重启数据同步信号线的电平没有被拉低，则主控设备组织...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊光亚，景波云，解祥富，徐高志，姜晓，叶纪青，陶力维，杨东，张雷，
申请(专利权)人：南京南瑞水利水电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32