[發(fā)明專利]具有公共時(shí)鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611236570.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN106656716B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉計(jì)龍;肖飛;范學(xué)鑫;麥志勤;李超然;王瑞田;康軍;熊又星;余錫文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/42
• 分類號(hào): H04L12/42
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發(fā)明提供了一種具有公共時(shí)鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：它包括中央控制器和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，中央控制器作為主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)內(nèi)均設(shè)置有FPGA、第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊；FPGA與其對(duì)應(yīng)的第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊電連接；第一收發(fā)模塊作為時(shí)鐘信號(hào)收發(fā)接口，第二收發(fā)模塊作為數(shù)據(jù)信號(hào)收發(fā)接口；多個(gè)第一收發(fā)模塊依次連接形成時(shí)鐘環(huán)網(wǎng)；時(shí)鐘環(huán)網(wǎng)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸公共時(shí)鐘，公共時(shí)鐘由主節(jié)點(diǎn)發(fā)出，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)接收到時(shí)鐘的同時(shí)，將其發(fā)送到下一下節(jié)點(diǎn)；多個(gè)第二收發(fā)模塊依次連接形成數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)網(wǎng)；數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)網(wǎng)用來(lái)傳輸串行數(shù)據(jù)信號(hào)。本發(fā)明大幅節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間，提高了環(huán)網(wǎng)通信的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)，具體涉及一種具有公共時(shí)鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

分布式控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大容量電力電子系統(tǒng)模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化的重要基礎(chǔ)，而高速光纖環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布式控制的重要技術(shù)手段。現(xiàn)代數(shù)字通信中，既可以使用傳統(tǒng)金屬介質(zhì)，也可以使用光纖介質(zhì)。光纖通信具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以在各種復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作，同時(shí)光纖通信具有通信速率高的優(yōu)點(diǎn)，使用光纖通信可以使通信速率達(dá)到上百M(fèi)bps。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有靈活性高、組網(wǎng)方便的特點(diǎn)。將環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用到電力電子裝置的分布式控制系統(tǒng)中，是未來(lái)大容量電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)的工業(yè)控制中為了搭建通信網(wǎng)絡(luò)，通常采用串口通信、SPI總線、CAN網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)通信等，這些通信方式通信速率不高、實(shí)時(shí)性不夠強(qiáng)，其中還有一些不適合構(gòu)建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，美國(guó)CPES研究人員開始采用一種HOTLink點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)來(lái)構(gòu)建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)有芯片廠家研制了采用這種技術(shù)的專用通信芯片，研究人員采用這種芯片構(gòu)建了電力電子通信網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議PESNET。

然而基于專用通信芯片的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)存在一些不足，首先是專用通信芯片價(jià)格昂貴，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目比較多的環(huán)網(wǎng)中，因?yàn)閷Ｓ眯酒褂脭?shù)量較大，造成控制系統(tǒng)成本居高不下。第二點(diǎn)是專用通信芯片引腳比較多，編程配置比較復(fù)雜，也一定程度上也影響了環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)的大范圍推廣應(yīng)用。第三點(diǎn)是環(huán)網(wǎng)中的任意兩個(gè)不相鄰的節(jié)點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，而只能依靠其他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，而且串行數(shù)據(jù)在專用芯片中延時(shí)較長(zhǎng)，造成網(wǎng)絡(luò)通信消耗的時(shí)間較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有公共時(shí)鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，大幅節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間，提高了環(huán)網(wǎng)通信的效率。

本發(fā)明提供了一種具有公共時(shí)鐘的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：它包括中央控制器和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，中央控制器作為主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)內(nèi)均設(shè)置有FPGA、第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊；FPGA與其對(duì)應(yīng)的第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊電連接；第一收發(fā)模塊作為時(shí)鐘信號(hào)收發(fā)接口，第二收發(fā)模塊作為數(shù)據(jù)信號(hào)收發(fā)接口；多個(gè)第一收發(fā)模塊依次連接形成時(shí)鐘環(huán)網(wǎng)；時(shí)鐘環(huán)網(wǎng)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸公共時(shí)鐘，公共時(shí)鐘由主節(jié)點(diǎn)發(fā)出，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)接收到時(shí)鐘的同時(shí)，將其發(fā)送到下一下節(jié)點(diǎn)；多個(gè)第二收發(fā)模塊依次連接形成數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)網(wǎng)；數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)網(wǎng)用來(lái)傳輸串行數(shù)據(jù)信號(hào)，主節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)將以公共時(shí)鐘信號(hào)為參考時(shí)鐘；每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)以公共時(shí)鐘為參考接收數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，將其發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

所述第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊使用金屬傳輸介質(zhì)或光纖傳輸介質(zhì)。

所述公共時(shí)鐘最后終止于主節(jié)點(diǎn)的第一收發(fā)模塊的時(shí)鐘信號(hào)接收引腳；時(shí)鐘環(huán)網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)收發(fā)速率由主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的公共時(shí)鐘頻率決定。

所述數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信號(hào)是按照4B/5B編碼格式進(jìn)行編碼的，數(shù)據(jù)信號(hào)中包含數(shù)據(jù)和命令；4B/5B邏輯編碼對(duì)0-F這16個(gè)半字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，每一個(gè)半字節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)5bit的編碼；另外對(duì)0-F這16個(gè)命令進(jìn)行編碼，每一個(gè)命令對(duì)應(yīng)一個(gè)10bit的編碼。通過(guò)4B/5B編碼，使串行序列中的數(shù)據(jù)和命令可通過(guò)邏輯判斷識(shí)別出來(lái)。

所述的主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀給所有子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)延遲小，各個(gè)子節(jié)點(diǎn)收到主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀后，對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解讀，執(zhí)行相應(yīng)的操作。