[發(fā)明專利]基于ARM處理器的冗余通信控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710913240.4
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107608204A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭陸君
• 申請（專利權(quán)）人: 上海微程電氣設(shè)備有限公司
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于ARM處理器的冗余通信控制器，屬于工業(yè)生產(chǎn)控制過程中，監(jiān)控裝置和遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)控制過程中，傳統(tǒng)的監(jiān)控信號測量方式是將現(xiàn)場傳感器輸出的電阻、電勢、電流等信號用導(dǎo)線傳送到控制室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置或測量儀表上，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和顯示。這種方式需要大量的信號電纜，生產(chǎn)成本高。為了節(jié)約信號電纜及工程安裝費(fèi)用，工業(yè)上出現(xiàn)了就地安裝的嵌入式遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器。采集器通過雙絞線相連組成分布式測量系統(tǒng)，再通過現(xiàn)場通信總線把測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖冶O(jiān)控裝置。由于遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器的測量數(shù)據(jù)是通過數(shù)字量方式遠(yuǎn)程傳輸，具有抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且現(xiàn)場安裝工程成本低，因此被工業(yè)生產(chǎn)過程廣泛采用。

為了更好地實(shí)現(xiàn)和嵌入式遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，往往用通信控制器對采集器進(jìn)行冗余通信管理。由于通信控制器一般采用多CPU工作方式，提高了數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。

由于RS485總線通信方式實(shí)現(xiàn)簡單、可靠，因此在工業(yè)生產(chǎn)控制過程中廣泛應(yīng)用。圖1為采用多CPU、雙口RAM方式實(shí)現(xiàn)的雙網(wǎng)冗余通信控制器原理框圖，主要由四個(gè)微處理器、二個(gè)雙口RAM和4路RS485通信接口電路組成。

雙網(wǎng)冗余通信一般有雙網(wǎng)平行通信和雙網(wǎng)切換通信二種方式：

(1)雙網(wǎng)平行通信

二個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)進(jìn)行通信，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信數(shù)據(jù)作為另一個(gè)的備份。其實(shí)現(xiàn)過程為：MCU1通過網(wǎng)絡(luò)A把上傳的遠(yuǎn)程I/O的測量數(shù)據(jù)寫到雙口RAM，MCU2從雙口RAM中取出數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控裝置，另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作過程相同；

(2)雙網(wǎng)切換通信

通常一個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為主網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(比如網(wǎng)絡(luò)A)，另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為副網(wǎng)備用，需要時(shí)再通信(比如網(wǎng)絡(luò)B)。

a.主網(wǎng)MCU1從網(wǎng)絡(luò)A讀取遠(yuǎn)程I/O的測量數(shù)據(jù)，若通信成功，則把數(shù)據(jù)寫到雙口RAM中，MCU2從雙口RAM中讀取數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控裝置；若通信不成功，則MCU1通知MCU3從網(wǎng)絡(luò)B讀取遠(yuǎn)程I/O的測量數(shù)據(jù)，相應(yīng)的MCU4和監(jiān)控裝置進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。

b.主網(wǎng)通信恢復(fù)正常時(shí)，則MCU1通知MCU3停止通信。

這種雙網(wǎng)切換通信方式的優(yōu)點(diǎn)是可以減輕監(jiān)控裝置和遠(yuǎn)程的I/O數(shù)據(jù)采集器的通信任務(wù)負(fù)擔(dān)，正常時(shí)只需一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

這種由四個(gè)CPU組成的雙網(wǎng)冗余通信方式，二個(gè)網(wǎng)路中的微處理器MCU切換通信時(shí)，需要傳遞握手信號，而用握手信號使整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞變得比較繁瑣。且該通信方式所需要的硬件設(shè)備多，雙口RAM的容量小，不能滿足現(xiàn)在通信的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供了一種簡單、可靠、生產(chǎn)成本低的基于ARM處理器的冗余通信控制器，解決了現(xiàn)有的通信方式所需要的硬件設(shè)備多，雙口RAM的容量小，切換通信時(shí)，通過傳遞握手信號比較繁瑣的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于ARM處理器的冗余通信控制器，其特征在于，包括ARM處理器組，ARM處理器組包括兩個(gè)相互連接的ARM處理器，ARM處理器組通過兩個(gè)RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器，ARM處理器組通過兩個(gè)RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控裝置，ARM處理器上集成有多個(gè)UART口、I²C、SPI接口。

優(yōu)選地，所述的ARM處理器組中的兩個(gè)ARM處理器分別為第一ARM處理器和第二ARM處理器，兩個(gè)RS485總線網(wǎng)絡(luò)分別為第一RS485總線網(wǎng)絡(luò)和第二RS485總線網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)選地，所述的第一ARM處理器的一個(gè)UART接口通過第一RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器，第一ARM處理器的另一個(gè)UART接口通過第一RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控裝置；第二ARM處理器的一個(gè)UART接口通過第二RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器，第二ARM處理器的另一個(gè)UART接口通過第二RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控裝置。

優(yōu)選地，所述的第一ARM處理器的一個(gè)UART接口通過第一RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器，第一ARM處理器的另一個(gè)UART接口通過第二RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集器，第二ARM處理器的一個(gè)UART接口通過第一RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控裝置，第二ARM處理器的另一個(gè)UART接口通過第二RS485總線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控裝置，第一ARM處理器和第二ARM處理器之間通過SPI接口或I²C接口連接。