[发明专利]一种多端口多网络协议转换器

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种工业现场应用的多端口多网络协议转换器。

背景技术

在工业生产和自动化技术中，现场总线通信系统的应用日益广泛。现场总线是工厂底层设备之间的通信网络。现场设置的执行用户设备，如数控装置、伺服驱动器、I/O模块、传感器等通过现场总线互联，形成一个网络化、数字化、全开放和全分布的自动控制系统。

2007年，国际电工委员会发布第四版IEC61158现场总线标准，采纳了20种总线作为国际标准。不同现场总线有不同的应用领域，没有一种适用所有控制领域的现场总线标准。各现场总线协议之间不完全兼容，导致不同现场总线协议上的用户设备不能直接通信。常见的方法是采用工控机加现场总线接口卡来实现总线通信。这种方案成本高，开发周期长。

中国专利文献CN101741819.A提出了一种工业控制网络与以太网转换的网关装置：该发明提出了一种在应用层实现不同协议转换的方法。通过一个协议转换模块，将工业控制网络转换为IPv6，或者将以太网数据包转换为工业控制网络协议数据包。通过在应用层构造不同功能组件，达到协议转换目的。在工业自动化某些领域，如数控装置，伺服驱动器，这些设备对数据实时性要求高，传输数据量大。通过软件实现协议转换速度慢，无法满足强实时、高速度要求。

中国专利文献CN201174706.Y提出了一种利用FPGA实现以太网串口转换的装置：该设备基于FPGA技术，将工业设备中广泛应用的串口现场总线RS232/422/485数据接口标准与标准以太网进行互相转换。利用FPGA内部的32位软核CPU及相关外围电路，完成以太网与串口的自动转换。 这种利用软硬件资源设计的协议转换器，具有较高的实时性，但其功能较简单，只实现了单一的以太网和串口的转换，不支持多种协议转换。

目前在现场总线领域，广泛应用的总线有CAN，EtherCAT，PROFINET，DeviceNet，SERCOS III。不同的现场总线传输介质不一样，如EtherCAT，PROFINET，NCUC-BUS传输介质为双绞线或光纤，标准以太网支持双绞线。不同传输介质对应不同的硬件接口电路。为实现协议转换，需要为不同的总线设计不同的硬件接口电路，增加了成本。

发明内容

本发明提供的一种多端口多网络协议转换器，它能够实现常用协议互相转换，具备通用的硬件接口电路，具有高速度、强实时性通信特点。

为达到上述目的，本发明提供的一种多端口多网络协议转换器，其特征在于，它包括主控制器、辅控制器、外部RAM、外围电路和至少二个协议端口；

主控制器与辅控制器相连，用于系统监控，实现网络协议转换，并向辅控制器提供协议和端口配置信号；

辅控制器与主控制器相连，用于实现数据链路层功能，完成数据链路的建立、拆除，实现数据的检错和纠错功能；

外部RAM为片外存储器，与所述主控制器和辅控制器相连，用于为协议分配固定的用于数据发送和接收缓存的存储区，为协议数据交换提供空间；

外围电路为系统辅助电路，用于为控制器和网络通信芯片提供工作时钟，为控制器提供调试接口，并为整个系统供电；

各协议端口的一端均与所述辅控制器相连，另一端均用于与用户设备相连；根据协议转换要求协议端口被定义为源协议端口和目标协议端口。

转换器上电后完成初始化工作，然后进入运行状态，按照下述过程实现协议转换处理：

①源协议端口接收用户设备数据，辅控制器处理数据，去除数据帧头和控制信息，将源协议有效数据放入辅控制器内部对应的数据接收缓冲区；

②数据接收完成后，主控制器根据预先设定的优先级顺序依次读取辅控制器内部对应的数据接收缓冲区的源协议有效数据，并放入外部RAM预先分配的数据接收缓冲区中；

③按照设定的优先级顺序，主控制器读取外部RAM的数据接收缓冲区数据，依次将目标协议的帧头数据和外部RAM数据接收缓冲区的数据放入外部RAM分配的目标协议端口的发送缓冲区；根据目标协议端口逻辑地址，查找路由表，产生发送使能信息给辅控制器；

④辅控制器接收到发送使能信息，读取外部RAM的数据发送缓冲区数据，将数据发送至目标协议端口，完成一次协议转换过程。