[發明專利]一種工業實時以太網的數據鏈路層電路及其數據交換方法

有效

• 申請號: 201510799761.2
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN105245422B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 文長明;文可;柴桂鋒;儲成君;劉新山;任士龍;盧昌虎
• 申請（專利權）人: 中工科安科技有限公司;文長明;文可
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04L29/06;H04L12/40;H04L12/935;H04L12/741
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發明公開了一種工業實時以太網的數據鏈路層電路及其數據交換方法。數據鏈路層電路包括4～6個MAC模塊、4～6個媒體訪問本地內存、通道內存切換開關、媒體訪問共享內存、控制寄存器、地址譯碼器、端口控制器。每一個MAC模塊連接一個媒體訪問本地內存。媒體訪問共享內存通過通道內存切換開關選擇性連接其中一個媒體訪問本地內存。地址譯碼器的輸入端連接控制寄存器和這些媒體訪問本地內存，地址譯碼器的輸出端連接媒體訪問共享內存。控制寄存器與這些媒體訪問本地內存、媒體訪問共享內存均連接。端口控制器與每個MAC模塊、通道內存切換開關、控制寄存器、地址譯碼器均連接。本發明還公開所述數據鏈路層電路的數據交換方法。

技術領域

本發明涉及一種數據鏈路層電路及其數據交換方法，尤其涉及一種工業實時以太網的數據鏈路層電路及其數據交換方法。

背景技術

伺服驅動器利用工業以太網技術與控制器進行數據通訊已經越來越普遍，這樣可以獲得100Mbit/s的通訊速率。比如西門子公司的Sinamics S120伺服驅動器(電機驅動模塊)與Sinumerik NCU730.3控制器之間采用的Drive Cliq器件間專用的工業以太網通訊技術，使得控制器與伺服驅動器、伺服驅動器與伺服驅動器之間互相通訊的速率達到100Mbit/s，保證了通訊的實時性和安全性。

這種用于CNC或運動控制領域的工業實時以太網，其網絡架構不再需要OSI的7層模型，而只需要第1層(物理層PHY)、第2層(數據鏈路層Mac)、第7層(應用層APP)。

所有的工業實時以太網都使用標準的以太網物理層PHY元件，作為收發器，比如用的最多的是TI公司的以太網收發器DP83848。

所有的工業實時以太網都自己定義了一個數據鏈路層Mac的規范，并各自實現了其硬件。每個公司的數據鏈路層Mac軟件及硬件互不通用。比如POWERLINK的數據鏈路層Mac是OPEN_POWERLINK_MAC，Profinet的數據鏈路層是PN_IO_IP_CORE，等等。

所有的工業實時以太網都自己定義了一個應用層APP的協議棧，并形成了該總線的標準。比如POWERLINK的應用層是CANopen，Profinet的應用層是Profibus，等等。

工業實時以太網的數據鏈路層Mac和應用層APP的協議棧標志著其所有者公司在工業實時以太網領域的知識產權、產品鏈等的獨有獨占技術。

由于工業實時以太網的專有性和獨占性，非所有者使用所有者的實時工業以太網是需要支付版費的。并且在實際的產品研發中，由于其封閉的源代碼，導致非所有者系統集成度很難提高，往往要在自己的產品中集成一塊所有者開發的ASIC。

發明內容

為了解決以上不足，本發明提出一種工業實時以太網的數據鏈路層電路及其數據交換方法，能適用于任何通用的現場總線和實時以太網。

本發明采用以下技術方案實現：一種工業實時以太網的數據鏈路層電路，其用于控制4～6個物理接口收發器；所述數據鏈路層電路包括4～6個MAC模塊、4～6個媒體訪問本地內存、1個通道內存切換開關、1個媒體訪問共享內存、1個控制寄存器、1個地址譯碼器、1個端口控制器；

所述媒體訪問本地內存的數量與所述MAC模塊的數量相對應，每一個MAC模塊連接一個媒體訪問本地內存；所述媒體訪問共享內存通過所述通道內存切換開關選擇性連接其中一個媒體訪問本地內存；所述地址譯碼器的輸入端連接所述控制寄存器和這些媒體訪問本地內存，所述地址譯碼器的輸出端連接所述媒體訪問共享內存；所述控制寄存器與這些媒體訪問本地內存、所述媒體訪問共享內存均連接；所述端口控制器與每個MAC模塊、所述通道內存切換開關、所述控制寄存器、所述地址譯碼器均連接；

其中，所述媒體訪問共享內存的內存空間里存儲的數據經AHB片內高速總線或片間高速總線與一個運動控制器的MCU內核交換數據。