【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机，具体地，涉及一种基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法及系统。
技术介绍
1、工业自动化plc控制器，作为现代工业生产线自动化、智能化监控与控制的最重要的端节点，承载着向上连接云端或边缘网关，向下通过本地背板总线控制监控本地io模块，或者通过工业实时以太网、工业实时通信协议控制监控远程io模块，进而实现云边端三位一体的互通互联，其重要性不言而喻。在一些中大型现场应用中，由于单个工业控制器本身资源限制、或者需要在多个工作区的之间进行控制协同，因而需要对多个plc控制器进行组网、并且完成高速数据同步。这类需求经常出现在大型工业生产线的应用现场，例如钢铁企业中的热连轧生产线，各个生产段的plc数量总共可以达到30个以上。特别地，在这种系统中，多个plc之间不存在主从关系，而是建立了一种对等通信(peer-to-peer)的网络，由于plc之间交换的数据属于整个控制系统的核心，往往需要达到较高的通信性能，例如通信的连接个数、延迟、抖动等。因此我们亟需一种高速对等通信系统的解决方案，用来满足这类大规模plc系统的高速通信需求。
2、针对不同的应用场景，用户希望可以根据现场布局、性能指标、成本投入等方面的需求评估，选择合适的高速通信网络技术和数据交换技术，并且提供系统搭建方案。目前，研究人员常用的工业控制系统的高速通信网络以及数据交换技术包括：反射内存方案、rdma over ethernet方案、infiniband方案、基于fpga的私有方案和rapidio方案等。
3、但上
4、反射内存卡方案：可以用于高速内存共享，最初由vmic公司开发，现由abacosystems公司维护，市场上所能找到的基于反射内存的板卡内核都是由这一家公司提供，因此可能造成供应链依赖。在反射内存板卡之间，其采用了私有的通信协议，而且只支持环型或星型网络连接。而在反射内存板卡与机架之间，其背板总线通信可以采用vme标准，或者采用支持pci总线系列的pmc/xmc标准等。另外，反射内存方案的资金成本非常高，例如一块vme-5565板卡售价在八千美元左右。反射内方案局限于vme/pmc/xmc等机架背板总线标准，这些对实际应用产生了限制。
5、rdma over ethernet方案：可以在以太网协议栈上叠加rdma协议实现直接存取远端设备内存，即本地设备内存中的数据可以通过dma控制器经过以太网连接以及内存映射技术被直接存取到远端设备内存，并且不需要cpu的介入。由于通信底层的以太网协议具有不可靠性，这种方案需要更多的以太网qos保证，例如流量控制和拥塞控制，从而确保整体的性能表现，但是常见的以太网卡并不具备这些功能。由于rdma over ethernet方案需要专有功能的以太网卡，这会导致方案成本的增加和供应商的获取难度。
6、infiniband方案：通常被用于高速的数据中心等应用，并且天然具备rdma能力从而实现直接存取远端系统内存。虽然infiniband的标准规范由公开的infiniband tradeassociation组织维护，但是市场上的产品主要由mellanox公司所提供，因此，可选供应商的缺乏会产生供应链依赖问题。由于infiniband方案属于特定领域的通信技术，这会导致方案成本的增加和系统扩展的难度。
7、基于fpga加速卡的dmap内存反射方案：由uei公司开发，用以替代现有的vmic反射内存方案。通过在fpga上优化底层的以太网协议，dmap方案可以使用标准的udp消息实现板卡之间的内存反射。但是由于这是一种私有解决方案，因此可能造成供应链依赖。由于缺少多规格的网络交换机、网络适配卡等，这个方案会限制用户的灵活组网的应用场景。
8、rapidio方案：最初多用于芯片级别的高速通信，但随着应用接受度的提升，使用范围已经扩展到板卡间通信和机器间通信。这项技术由rapidio trade association组织维护，技术实现的供应商比较多，活跃的厂商包括：idt、mercury、xilinx、praesum等。甚至在开源社区opencores上也有开源的fpga代码供参考。独立使用rapidio方案仍然无法满足某些大规模plc控制系统的通信需求，例如对于一条具备32个plc控制器的热连轧生产线来说，单一的全星型网络连接的rapidio通信系统可能会在plc点对点数据并发传送的时候，遇到交换机转发能力超载的问题。
9、在公开号为cn111078611a的中国专利文献中，公开了一种基于fpga的plc高速背板总线，包括cpu模块和高速背板总线，所述cpu模块与高速背板总线之间通过导线实现双向连接。该基于fpga的plc高速背板总线，通过高速背板总线的输出端与pciexpress接口的输入端连接，并且pciexpress接口的输出端与io模块连接，cpu模块包括cpu处理器、fpga芯片、存储模块和系统裁断模块，cpu处理器与fpga芯片之间实现双向连接，并且cpu处理器与存储模块之间实现双向连接，利用pciexpress接口实现点对点和一点对多点的数据传输，采用lvds接口进行数据传输。该专利文献通过fpga为plc控制器提供高速背板总线通信，用于连接i/o模块，但不涉及多个plc的高速对等通信的组网问题。
10、在公开号为cn117707042a的中国专利文献中，公开了一种高速plc扩展总线系统，涉及plc
，所述系统包括：主机；至少两个功能模块；功能模块之间，以及功能模块与主机之间通过级联的方式连接；扩展总线，连接主机与所述功能模块，用于传输电源、数据和控制信号。该专利文献通过fpga扩充了plc控制器上的总线用以连接i/o模块，并且实现回环或点对点连接的通信协议，但不涉及多个plc的高速对等通信的组网问题。
11、在公开号为cn118233409a的中国专利文献中，公开了一种基于软plc操作系统的rapidio通信系统，包括一个主节点和若干个设备节点，主节点通过rapidio交换机、rapidio到pcix桥中继的方式与设备节点通信连接，主节点给每个设备节点分配一个唯一id，主节点对设备节点进行路由配置，主节点还配置rapidio地址空间，将rapidio地址空间翻译成cpu地址空间；主节点采用doorbell通信机制，向设备节点发送请求事件，同时通过doorbell中断接收其他设备节点的请求事件。该专利文献为plc控制系统中设备之间的数据交换提供了基于rapidio的数据通道，但不涉及多个plc的高速对等通信的组网问题。
12、在公开号为us7721001b1的外国专利文献中，公开了用于控制系统中操作的时间同步的系统和方法。提供同步网络和设备用于在分布式或本地化控制系统中的控制器之间传输同步信息，采用这种同步信息是为了允许这些控制器的操作相对于时间同步。还公开了用于同步控制系统中的控制操作的同步协议和硬件设备。该专利文献解决了分布式系统中的各种同步问题，包括时间同步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信方法，其特征在于，所述方法支持逻辑工作区概念，假设用户现场所有的控制都在一个工作区，把所有PLC分组到不同的逻辑工作区以构建系统网络的拓扑结构；所述两层RapidIO网络拓扑结构中，在第一层环型核心网络中无核心交换机。
3.根据权利要求2所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信方法，其特征在于，所述RapidIO环型网络依次传递全局共享内存数据到每个工作区。
4.根据权利要求2所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信方法，其特征在于，所述工作区中每个PLC设备主动从所述代理通信模块的共享内存部件获取所需的其他PLC的点对点共享数据；若工作区内部存在传输协同，则每个PLC设备能够规划各自对代理通信模块上共享内存的访问时间。
5.根据权利要求1所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信方法，其特征在于，所述第一层核心网络由一个主代理通信
6.一种基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信系统，其特征在于，所述系统支持逻辑工作区概念，假设用户现场所有的控制都在一个工作区，把所有PLC分组到不同的逻辑工作区以构建系统网络的拓扑结构；所述两层RapidIO网络拓扑结构中，在第一层环型核心网络中无核心交换机。
8.根据权利要求7所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信系统，其特征在于，所述RapidIO环型网络依次传递全局共享内存数据到每个工作区。
9.根据权利要求7所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信系统，其特征在于，所述工作区中每个PLC设备主动从所述代理通信模块的共享内存部件获取所需的其他PLC的点对点共享数据；若工作区内部存在传输协同，则每个PLC设备能够规划各自对代理通信模块上共享内存的访问时间。
10.根据权利要求6所述的基于RapidIO与共享内存技术的大规模PLC通信系统，其特征在于，所述第一层核心网络由一个主代理通信模块负责组网，所述工作区交换机属于独立模块或代理通信模块。
...【技术特征摘要】
1.一种基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法，其特征在于，所述方法支持逻辑工作区概念，假设用户现场所有的控制都在一个工作区，把所有plc分组到不同的逻辑工作区以构建系统网络的拓扑结构；所述两层rapidio网络拓扑结构中，在第一层环型核心网络中无核心交换机。
3.根据权利要求2所述的基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法，其特征在于，所述rapidio环型网络依次传递全局共享内存数据到每个工作区。
4.根据权利要求2所述的基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法，其特征在于，所述工作区中每个plc设备主动从所述代理通信模块的共享内存部件获取所需的其他plc的点对点共享数据；若工作区内部存在传输协同，则每个plc设备能够规划各自对代理通信模块上共享内存的访问时间。
5.根据权利要求1所述的基于rapidio与共享内存技术的大规模plc通信方法，其特征在于，所述第一层核心网络由一个主代理通信模块负责组网，所述工作区交换机属于独立模块或代理通信模块。
...【专利技术属性】
技术研发人员：肖硌，于轶，秦凯运，林章彬，朱剑文，
申请(专利权)人：上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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