[发明专利]一种嵌入式工业交换机

说明书

技术领域

本发明涉可以嵌入到各种工业交换机中，可以灵活变换交换机的接口位置和形式。并为用户嵌入到各种控制系统中提供方便的条件。

背景技术

工业现场以往使用各种工业现场总线将各种工业设备连接在一起，形成工业控制网络，但随着工业客户需求的不断提升，现场总线已经不能满足工业客户日益增加的新需求。也由于各种现场总线标准的不统一，限制了工业现场总线的进一步发展。于是，工业客户将目光投向了在商用行业应用成功的以太网技术。

工业以太网交换技术是近两年在工业行业兴起的一门边沿技术，是将商用网络交换技术应用于工业现场，同时也增加了许多工业属性。以满足工业现场复杂多变的环境适应性。

东土公司发明的嵌入式工业交换机，是在分析工业行业的各种需求后研制的具有突出创新性产品。

发明内容

系统总体设计：设备提供4个标准的pecl电平接口(100Base-FX为LVPECL电平.100Base-TX为MLT-3)通过插针的形式与母板相连。在母板上实现两个标准的10/100M的电以太网口，和两个光、电可选并支持自愈解环的以太网接口。若选择光以太网接口模式，那么端口将被强制到百兆全双工，支持DT-Ring解环模式，组成环网时，解环时间小于30ms。若选择电以太网接口模式，端口速率支持自适应，端口支持DT-Ring解环模式，可以组成环网，解环时间小于30ms。

附图说明

图1硬件系统原理框图

图2硬件实物图

图3SWITCH与CPU原理框图

图4WEB管理模块功能框图

图5静态组播模块

具体实施方式

1.1硬件实现方法

硬件实现方法：取消以往的光模块和RJ45座，用堆叠器输出差分信号，为了方便将普通的电口信号放在一侧，光电可选可以接环的PEC电平放在板子另一侧。交换机考虑了信号的完整性，抗干扰性。系统原理框图如图1。实物图如2

1.2电源设计

嵌入式交换机电源采用3.3VDC电源供电，通过插针提供给板子。

1.2.1SWITCH与CPU通信实现

SWITCH实现主要考虑高速信号线、低速信号的平衡及信号的完整性，主体时钟，以及SPI总线的可靠性，如下图3所示。

SWITCH与CPU卡通信采用MII、SPI总线接口，与各种百兆模之间采用差分总线接口，通过插针提供差分信号。

1.2.3端口指示灯实现

电口/光口指示灯由CPLD给出信号，通过插针给出信号。

1.3软件实现

1.3.1.1DT-ring模块实现

DT-RING模块是一种工业环境下的以太网快速、可靠冗余环网的倒换设计方法，其特征是指定环网中的主站/从站节点；指定每个交换节点的环端口及环端口的Forward、Block状态；主站节点通过Forward状态端口发送TEST报文，Block状态的端口检测TEST报文；主从站节点快速检测被指定的环端口的LINK-UP、LINK-DOWN状态，转发并刷新MAC地址；从站收到主站发出的拓扑改变的报文后刷新MAC地址。整个拓扑改变到重新构成达到稳态时间小于30ms。

主站有3种状态，分别为起始状态、环-开状态和环-关状态；由协议报文和本站环端口状态控制协议状态迁移。无论处于何种状态，主站都会向主环端口发送TEST报文，用于检测环路状态。

起始状态：当环端口只有一个为LINK-UP时的状态，不需要协议对协议报文进行任何处理，只检测环端口LINK-UP事件，当次环端口LINK-UP后，将状态转到环-关状态，同时设置次环端口为BLOCK状态。

环-关状态：DT-RING环在物理上的连接状态；环上的每个端口状态都为LINK-UP状态，此时物理上已经成环。

环-开状态：DT-RING环在物理上的连接状态；环上的端口至少有一个是LINK-DOWN状态；主环此时不能接收到自己从主环端口发送的Hello报文。

1.3.2WEB模块实现

WEB模块实现了浏览器对交换机的管理，通过WEB页面可以显示交换的各种工作状态，对交换机的功能进行配置，升级软件及重新启动设备等功能。WEB模块的功能结构如图4

用户认证模块：当用户需要使用WEB模块管理交换机时，需要输入认证信息(用户名、密码)当系统对当前用户认证通过后方可使用WEB管理功能。