一种数据摆渡装置及方法制造方法及图纸

技术编号：40588788 阅读：6 留言：0更新日期：2024-03-12 21:48

本发明专利技术提供一种数据摆渡装置及方法，简化FPGA核心处理器的业务处理逻辑，FPGA仅充当内外网数据摆渡的中转仓。同时，升级FPGA型号，扩充缓存ROM容量，从单通道升级为双通道。此外，该数据摆渡方法增加状态自检及故障自修复功能。该数据摆渡装置，包括内网主机卡、外网主机卡和物理隔离卡，内网主机卡、外网主机卡通过物理隔离卡实现数据摆渡，物理隔离卡上引出两个PHY芯片，内网主机卡和外网主机卡上分别设置有一个PHY芯片，内网主机卡通过内网主机卡上的PHY芯片与物理隔离卡引出的一个PHY芯片连接，外网主机卡通过外网主机卡上的PHY芯片与物理隔离卡引出的另一个PHY芯片连接，物理隔离卡内设置有数据摆渡处理器，所述数据摆渡处理器为FPGA。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能耗在线监测系统领域，尤其涉及一种数据摆渡装置及方法。

技术介绍

1、《nhjc-06-2018重点用能单位能耗在线监测系统第6部分端设备技术规范(试行)》对能耗在线监测的要求包括系统功能要求、数据采集要求、数据处理要求、预警和报警要求、系统性能要求以及安全性和可靠性要求。这些要求旨在确保能耗在线监测系统的准确性和可靠性，以满足对重点用能单位能源消耗进行实时监测的需求。

2、“2+1”架构网闸产品在能耗在线监测系统中可以发挥重要作用，能提高系统的安全性和可靠性，同时满足不同的业务需求和技术环境。首先，该架构的非ip物理隔离方式可以确保重点用能单位的能耗数据采集与传输的数据安全。基于内外网物理隔离的方式进行数据采集和上传，可以避免由于能耗在线监测系统建设的导入给企业带来外部病毒感染、黑客攻击等安全隐患。国家标准技术规范明确规定要采用内外网物理隔离的方式进行数据采集和上传，以满足这一需求。其次，“2+1”架构网闸产品可以支持大文件传输、恶意代码清除、应用协议识别、病毒查杀等功能，具有极高的数据交换能力。这有助于提高能耗在线监测系统的数据处理效率和准确性。此外，该架构的工业网闸系统还具备数据库、文件同步和工业数据传输等功能，可以满足多场景业务需求。这使得“2+1”架构网闸产品在能耗在线监测系统中能够更好地适应不同的业务需求和技术环境。

3、但是，从当前正在投放市场运行的“2+1”架构网闸产品的实际运行反馈信息来看，设备的长时间稳定运行能力不足与业务数据传输速率低下，使得产品存在如下缺陷：

<p>4、1.隔离装置(板卡)中fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)处理器参与的事务类处理工作较多，逻辑过于复杂，如各种状态控制、数据校验等。内外网主机在数据摆渡过程中，报文类型繁多，处理时易出错。

5、2.整机设备上电后，对内网主机、隔离装置、外网主机上电的时序要求非常严格，容错性差。

6、3.隔离装置不具备自动修复及重启能力，需要整机设备断电冷重启，给设备运维管理带来极大不便，在无人值守站的应用场景下，需要大量的现场人工服务成本。

7、4.数据交互通道仅有1条，在外网配置下发与内网时序数据摆渡双向数据交互时，容易造成数据摆渡通路的交通拥塞，极端情况下，会导致状态机信号无法有效传递，造成数据丢包。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本专利技术的通过改良优化的电信号测量控制方法，提升物理隔离网闸产品中内网域(企业自动化控制网)和外网域(企业办公网及互联网接入)之间的数据摆渡效率及数据传输安全性。

2、本专利技术提供了一种数据摆渡装置，包括内网主机卡、外网主机卡和物理隔离卡，内网主机卡和外网主机卡分别连接在内网主机和外网主机上，内网主机和外网主机通过内网主机卡和外网主机卡分别与内网和外网进行数据交互，内网主机卡、外网主机卡通过物理隔离卡实现数据摆渡，物理隔离卡上引出两个phy芯片，内网主机卡和外网主机卡上分别设置有一个phy芯片，内网主机卡通过内网主机卡上的phy芯片与物理隔离卡引出的一个phy芯片连接，外网主机卡通过外网主机卡上的phy芯片与物理隔离卡引出的另一个phy芯片连接，物理隔离卡内设置有数据摆渡处理器，所述数据摆渡处理器为fpga。

3、在一个实施例中，所述内网主机卡和外网主机卡通过高速连接器与所述物理隔离卡连接，所述高速连接器内包括多个gpio控制信号，所述gpio控制信号用于数据隔离摆渡过程中的信号状态的高低电平设定。

4、在一个实施例中，所述fpga内部有一个rom存储区域，所述rom存储区域划分为flag状态区和摆渡业务数据缓存区；

5、其中，flag状态区用于记录内外网主机当前的会话工作状态，摆渡业务数据缓存区用于暂存数据摆渡的具体业务数据。

6、在一个实施例中，所述内网主机卡和外网主机卡内包括多个gpio信号，通过内网主机卡和外网主机卡内的gpio信号定义多种通信状态指示灯，通过所述多种通信状态指示灯的组合指示数据摆渡过程中的各种阶段以及故障时的故障信息。

7、在一个实施例中，通过内网主机卡、外网主机卡内的gpio信号定义10种通信状态指示灯，所述10种通信状态指示灯包括：

8、第一通信状态指示灯d1，当内网主机发送数据到fpga处时，d1闪烁，若内网主机没有发送数据到fpga处，d1不闪烁；

9、第二通信状态指示灯d2，当fpga发送数据给内网主机时，d2闪烁，若fpga没有发送数据给内网主机，d2不闪烁；

10、第三通信状态指示灯d3，若fpga代码正常工作，d3每秒闪一次，若fpga没有代码或装载代码异常，d3不亮；

11、第四通信状态指示灯d4，所述第四通信状态指示灯d4为复位指示灯，在复位状态时，d4长亮7秒，否则，d4不亮，其中，当内网主机卡或外网主机卡中的任意一侧在一分钟内没有发生数据交互时，则自动进入复位状态；

12、第五通信状态指示灯d5、第六通信状态指示灯d6、第七通信状态指示灯d7、第八通信状态指示灯d8，d5、d6、d7、d8组合指示fpga运行状态；

13、第十一通信状态指示灯d11，外网主机发送数据到fpga处时，d11闪烁，外网主机没有发送数据到fpga处时，d11不闪烁；

14、第十二通信状态指示灯d12，fpga发送数据给外网主机时，d12闪烁，fpga没有发送数据给外网主机时，d12不闪烁；

15、其中，所述d5、d6、d7、d8组合指示fpga运行状态，包括：

16、空闲状态下，d5、d6、d7、d8全不亮；

17、内网主机作主机，外网主机作从机，等待内网主机上传数据时，d5亮，d6、d7、d8不亮；

18、内网主机上传数据时，d6亮，d5、d7、d8不亮；

19、等待外网主机读取数据时，d5、d6亮，d7、d8不亮；

20、外网主机获取数据时，d7亮，d5、d6、d8不亮；

21、等待外网主机确认数据收到时，d5、d7亮，d6、d8不亮；

22、外网主机作主机，内网主机作从机，等待外网主机上传数据时，d6、d7亮，d5、d8不亮；

23、外网主机上传数据时，d8不亮，d5、d6、d7亮；

24、等待内网主机读取数据时，d8亮，d5、d6、d7不亮；

25、内网主机获取数据时，d5、d8亮，d6、d7不亮；

26、等待内网主机确认数据收到时，d6、d8亮，d5、d7不亮。

27、在一个实施例中，内网主机卡和外网主机卡所用的嵌入式处理器包括：x86架构cpu、arm架构cpu、国产化处理器，fpga包括：赛灵思的xc7a100tfgg676，xc7a35tfgg484。

28、在一个实施例中，内网主机卡和外网主机卡分别通过高速连接器和定本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种数据摆渡装置，包括内网主机卡、外网主机卡和物理隔离卡，内网主机卡和外网主机卡分别连接在内网主机和外网主机上，内网主机和外网主机通过内网主机卡和外网主机卡分别与内网和外网进行数据交互，内网主机卡、外网主机卡通过物理隔离卡实现数据摆渡，其特征在于，物理隔离卡上引出两个PHY芯片，内网主机卡和外网主机卡上分别设置有一个PHY芯片，内网主机卡通过内网主机卡上的PHY芯片与物理隔离卡引出的一个PHY芯片连接，外网主机卡通过外网主机卡上的PHY芯片与物理隔离卡引出的另一个PHY芯片连接，物理隔离卡内设置有数据摆渡处理器，所述数据摆渡处理器为FPGA。

2.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，所述内网主机卡和外网主机卡通过高速连接器与所述物理隔离卡连接，所述高速连接器内包括多个GPIO控制信号，所述GPIO控制信号用于数据隔离摆渡过程中的信号状态的高低电平设定。

3.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，所述FPGA内部有一个ROM存储区域，所述ROM存储区域划分为Flag状态区和摆渡业务数据缓存区；

4.根据权利要求1所述的数据摆

5.根据权利要求4所述的数据摆渡装置，其特征在于，通过内网主机卡、外网主机卡内的GPIO信号定义10种通信状态指示灯，所述10种通信状态指示灯包括：

6.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，内网主机卡和外网主机卡所用的嵌入式处理器包括：X86架构CPU、ARM架构CPU、国产化处理器，FPGA包括：赛灵思的XC7A100TFGG676，XC7A35TFGG484。

7.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，内网主机卡和外网主机卡分别通过高速连接器和定位件与物理隔离卡连接，内网主机卡和外网主机卡互相平行，内网主机卡和外网主机卡均与物理隔离卡垂直；

8.一种数据摆渡方法，通过物理隔离卡内FPGA实现内网主机卡、外网主机卡之间的数据摆渡，其特征在于，所述数据摆渡方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的数据摆渡方法，其特征在于，所述数据摆渡方法中采用数据安全加密算法对数据进行校验；

10.根据权利要求8所述的数据摆渡方法，其特征在于，所述数据摆渡方法中还包括状态自检及故障自修复方法，所述状态自检及故障自修复方法包括：

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【技术特征摘要】

1.一种数据摆渡装置，包括内网主机卡、外网主机卡和物理隔离卡，内网主机卡和外网主机卡分别连接在内网主机和外网主机上，内网主机和外网主机通过内网主机卡和外网主机卡分别与内网和外网进行数据交互，内网主机卡、外网主机卡通过物理隔离卡实现数据摆渡，其特征在于，物理隔离卡上引出两个phy芯片，内网主机卡和外网主机卡上分别设置有一个phy芯片，内网主机卡通过内网主机卡上的phy芯片与物理隔离卡引出的一个phy芯片连接，外网主机卡通过外网主机卡上的phy芯片与物理隔离卡引出的另一个phy芯片连接，物理隔离卡内设置有数据摆渡处理器，所述数据摆渡处理器为fpga。

2.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，所述内网主机卡和外网主机卡通过高速连接器与所述物理隔离卡连接，所述高速连接器内包括多个gpio控制信号，所述gpio控制信号用于数据隔离摆渡过程中的信号状态的高低电平设定。

3.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，所述fpga内部有一个rom存储区域，所述rom存储区域划分为flag状态区和摆渡业务数据缓存区；

4.根据权利要求1所述的数据摆渡装置，其特征在于，所述内网主机卡和外网主机卡内包括多个gpio信号，通过内网主机卡和外网主机卡内的gpio信号定义多种通...

【专利技术属性】
技术研发人员：田海涛，唐俊，
申请(专利权)人：上海华瑞众信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：

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