[發(fā)明專利]一種基于PCI?E接口的大規(guī)模PLC高速背板總線系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510082221.2
• 申請(qǐng)日: 2015-02-15
• 公開（公告）號(hào): CN104636301B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐德剛;龍良曲;趙茂行;劉育峰;謝攀攀;周文俊;陽春華;桂衛(wèi)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F13/38
• 分類號(hào): G06F13/38;G06F13/40
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速背板總線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PCI-E接口的大規(guī)模PLC高速背板總線系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，誕生于上世紀(jì)60年代的可編程邏輯控制器(PLC)的功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)由傳統(tǒng)的單機(jī)PLC控制/網(wǎng)絡(luò)通信朝向網(wǎng)絡(luò)化大規(guī)模PLC系統(tǒng)發(fā)展，在軌道交通、石化等領(lǐng)域已出現(xiàn)萬點(diǎn)以上大規(guī)模PLC系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

PLC背板總線的實(shí)現(xiàn)是PLC系統(tǒng)向大型化方向發(fā)展的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。PLC系統(tǒng)通常采用傳統(tǒng)的串行通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)背板總線，串行總線可以提高在惡劣的工廠和工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)化設(shè)備的可靠性。傳統(tǒng)的串行通信技術(shù)的包括CAN、I²C、UART、SPI、USB和以太網(wǎng)等，一般來說，很多作為PLC系統(tǒng)主芯片的處理器自身都集成了這些外設(shè)部件。但是處理器內(nèi)部集成的I²C、UART、SPI等外設(shè)通信速率太慢，根本不能滿足底板總線的通信速率要求。USB和以太網(wǎng)的通信速度雖然很快，但由于它們都是通用的接口，在通信協(xié)議處理時(shí)需要處理器的干預(yù)，處理器處理速度較慢，因此整體通信速度仍然很慢。

針對(duì)上述現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外著名生產(chǎn)商所使用的大規(guī)模PLC系統(tǒng)背板總線大都是基于公開的總線協(xié)議進(jìn)行個(gè)性化的修改和設(shè)計(jì)，并出于商業(yè)的目的對(duì)背板總線技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行保密，因此對(duì)PLC系統(tǒng)高速背板總線實(shí)現(xiàn)技術(shù)無相關(guān)報(bào)道。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外知名PLC系統(tǒng)公司推出了眾多產(chǎn)品，但由于PLC系統(tǒng)生產(chǎn)商都各自獨(dú)立進(jìn)行背板總線的開發(fā)工作，使得不同廠商間的兼容性不強(qiáng)，用戶無法根據(jù)實(shí)際的工業(yè)環(huán)境自行配置不同廠商的模塊，并且對(duì)特定廠商的PLC產(chǎn)品的依賴性強(qiáng)，而且傳輸速度不高、價(jià)格上昂貴。

PLC系統(tǒng)主機(jī)是通過背板總線支持?jǐn)U展模塊的連接，背板總線是CPU處理器同I/O模塊之間的高速數(shù)據(jù)通路，支持CPU和擴(kuò)展模塊之間的高速數(shù)據(jù)通路和I/O數(shù)據(jù)刷新。背板總線技術(shù)水平?jīng)Q定了PLC系統(tǒng)的I/O擴(kuò)展能力，是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。特別是大型的PLC系統(tǒng)需要采集上千點(diǎn)I/O數(shù)據(jù)的處理時(shí)間極短，要滿足如此高速的通信要求必須采用新型高性能總線技術(shù)。

隨著總線接口技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)共享總線的數(shù)據(jù)傳輸方式已不能滿足日益增多的設(shè)備互聯(lián)需求，新型高性能總線技術(shù)逐漸獲得市場(chǎng)的關(guān)注。在傳統(tǒng)共享總線的體系結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都爭(zhēng)用總線帶寬，因此，設(shè)備越多，每個(gè)設(shè)備可用的帶寬就越少，從而帶來嚴(yán)重的總線瓶頸。在互聯(lián)領(lǐng)域中，使用交換互聯(lián)總線代替并行總線是大勢(shì)所趨，在這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交換式總線結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳輸是基于包格式的，不需要地址寄存器映射，每個(gè)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接到其他設(shè)備，大量設(shè)備可同時(shí)通信，提高了系統(tǒng)帶寬。與傳統(tǒng)的單端并行信號(hào)相比，交換互聯(lián)信號(hào)可以使用更高時(shí)鐘頻率，從而使用更少的信號(hào)線來完成需要許多單端并行數(shù)據(jù)信號(hào)才能達(dá)到的總線帶寬。除此之外，傳統(tǒng)并行傳輸技術(shù)由于引腳多，帶來了一定的電氣和機(jī)械特性等問題，使信號(hào)頻率和信號(hào)傳輸距離受到限制。新型高性能總線大多采用了串行I/O技術(shù)，由于互聯(lián)信號(hào)線數(shù)量的減少，消除了由并行總線帶來的信號(hào)偏移問題。

PCI Express技術(shù)是第三代高性能I/O總線，在PCI和PCI-X總線的基礎(chǔ)上進(jìn)行了根本性的變革，實(shí)現(xiàn)了新的飛躍，提供了高速率、高性能、點(diǎn)到點(diǎn)的、雙單工鏈路。采用串行差分信號(hào)來連接PCI Express端點(diǎn)設(shè)備，支持芯片到芯片、板卡到板卡間的通訊，并且突破了關(guān)鍵難題，已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，正在努力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，是作為大規(guī)模PLC背板連接技術(shù)的極佳選擇。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是為了解決大規(guī)模PLC系統(tǒng)高速背板總線的實(shí)現(xiàn)問題，而提出一種可從多個(gè)端點(diǎn)設(shè)備獲取事務(wù)數(shù)據(jù)，處理器運(yùn)行用戶程序處理經(jīng)過大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵薪獯a后的事務(wù)數(shù)據(jù)，從而得到相應(yīng)處理結(jié)果，并且能將處理得到的結(jié)果通過背板總線鏈路發(fā)送至端點(diǎn)設(shè)備的基于PCI-E接口的大規(guī)模PLC系統(tǒng)高速背板總線系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于PCI-E接口的大規(guī)模PLC系統(tǒng)高速背板總線系統(tǒng)，是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

包括至少一個(gè)基于PCI-E接口的CPU模塊和至少一個(gè)基于PCI-E接口的端點(diǎn)設(shè)備，所述的CPU模塊和端點(diǎn)設(shè)備通過同一個(gè)PCI Express背板總線互相連接并通信，CPU模塊和端點(diǎn)設(shè)備的事務(wù)數(shù)據(jù)通過PCI-E接口數(shù)據(jù)包的方式在背板總線中進(jìn)行路由傳輸；