[發明專利]一種多協議總線之間的轉換方法

有效

• 申請號: 200810201577.3
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN101388889A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 費敏銳;王佳承;王海寬;魏來;王秉臣
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L12/40
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本文涉及一種多種工業通信網絡協議之間的轉換，提出了一種通用的多協議總線之間的轉換方法，屬于現場總線控制技術領域。

背景技術

現場總線是用于生產制造現場的底層通信網絡，它實現了微機化的現場測量控制儀器或設備之間的雙向串行多節點數字通信，具有實時性、穩定性高的特點。自從2000年國際電工委員會(IEC)公布通過了IEC61158現場總線標準，現在已有十多種現場總線標準。

以太網是商業領域里普遍采用的局域網絡，結合TCP/IP協議構成了Internet的基礎，成為網絡應用中事實上的標準，這也使得現場總線控制系統通過以太網與企業信息網集成實現工廠監控一體化成為大勢所趨。

當前現場總線、工業以太網技術在工業生產中得到廣泛應用，然而由于流程工業的復雜性，有線網絡無法滿足惡劣環境下的測控需求，而無線網絡技術為此提供了良好的解決途徑。所以隨著工業以太網的出現以及最新對于工業無線網絡的發展，勢必造成多種協議共存的局面。所以研究多協議轉換器已成這領域研究的熱門方向。

費敏銳等人在2005年4月21日提交了“MODBUS/TCP工業以太網與設備網多協議轉換方法和裝置”(申請號：200510025262.4)；上海電器科學研究所(集團)有限公司在2005年提交了“一種通信適配器”(申請號：200510030649.9)；劉健等人在2007年提交了“多協議工業以太網適配器”(申請號：200710171777.4)。在現有的申請專利中均是針對某幾種特定的協議進行多協議轉換，還未有一個通用的轉換模型。本發明提出了一個適合目前多數流行協議的通用轉換模型及協議轉換方法。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種多種協議總線之間的轉換方法。本協議轉換模型主要采用基于協議的從站模型，加上多任務操作系統，使該協議模型能適合多種協議。

為了實現上述目的，本發明的構思是：

首先從協議轉換模型出發，在大多數協議模型中往往是由主站來對整個系統進行組態和管理。而對于一個通用的多協議轉換適配器，主要是針對一個現有系統的改造或多個系統之間的互聯，它應在盡量在不破壞現有系統組態的基礎上提供相應的協議轉換。因此，一個通用協議的轉換模型應采用一個從站之間協議轉換模型。

其次，需要把各協議的數據報文統一地接入協議轉換模型。該模型是基于單處理器的，通過外擴協議的物理層接口，或者外擴協議芯片與物理層接口，實現各協議的從站節點。由于協議的建立與操作都需要在該單處理器中完成，所以該芯片應采用高端類型的微處理器。

最后，為了能使各協議能同時并行工作，該協議模型還需引入多任務實時操作系統。操作系統為每種協議各分配一個實時任務，承擔協議數據報文收發的控制調度，而多個協議間如何協調硬件資源則由操作系統的調度機制負責完成。由于該協議轉換模型是建立在從站模型上的，每個從站站點的周期報文有相應的輪詢周期，各個協議的任務周期應配合相應的協議的輪詢周期。對于緊急報文的處理，采用軟件中斷機制，在操作系統中，中斷的級別比任務的級別高，任務可以被中斷打斷，但是中斷不可以被任務打斷，從而可以確保對緊急報文的處理。而由于緊急報文是非周期數據報文，故軟件中斷的引入也不會影響任務處理協議轉換中周期數據報文的性能。

由于多任務操作系統的引入，單處理器可以看作是多個微處理器在并行運行。而每個任務創建時，操作系統都將為其分配一定的資源空間，而這些資源空間是相互獨立的，互不影響。當然，系統資源中還有一部分是共享資源，操作系統可以通過信號量對這些共享資源進行保護，使其能夠被合理地利用。正是因為操作系統的這些特性，結合工業通訊協議的特點，提出了一種多協議的轉換方法。以下是對于這種方法的詳細介紹：

首先，由于該協議轉換模型是基于從站之間的轉換模型，所需要轉換的數據量比較少，對于實時性的要求高，所以該協議轉換的數據結構模型采用了軟件分布式存儲系統中的“無主站結構”。對于本協議轉換模型中，該結構實質就是為每種協議分配一張私有數據變量表，并且建立一張全局目錄管理列表，通過該列表對各協議的私有數據變量表進行統一對應管理。