[发明专利]基于EPON的实时工业以太网硬件系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业以太网硬件系统，尤其是一种实时工业以太网硬件系统。

背景技术

长期以来工业控制领域内现场总线技术难以形成统一的标准，互通与互操作问题难以解决，因而以太网进入工业控制领域。而且随着工业以太网的迅速发展，宽带工业级网络系统可以集成数据采集、数据交换、实时闭环控制、视频监控、信息管理，甚至企业内部网互联，实现多网合一。为实现这些功能，要求相应的网络系统不仅带宽大，而且要有一定的实时性。传统的以集线器(HUB)构网的工业网络系统采用载波监听多路访问/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect,CSMA/CD)通信机制，系统在网络轻负载的时候冲突很少发生，但在重载的情况下表现不稳定，数据包传送有时延迟很大，甚至导致数据包的丢失，而且大多数工业现场环境苛刻噪声、电磁干扰等容易产生误码，从而危及到整个控制系统的安全，因而并不适合工业实时反馈控制的应用。

实时以太网技术通过增加带宽，并尽量使网络工作在轻负载下来提高网络的实时性。但随着工业控制网络的发展，其无论在带宽、实时性还是抗噪声干扰等复杂环境都提出了更高的要求，因此已经无法满足工业控制的要求。

发明内容

为了克服已有实时工业以太网硬件系统的带宽受限、实时性较差、抗干扰能力较弱的不足，本发明提供一种具有更高带宽、实时性良好、抗干扰能力较强的基于EPON(Ethernet Passive Optical Network)的实时工业以太网硬件系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于EPON的实时工业以太网硬件系统，所述实时工业以太网硬件系统包括中心节点(Optical Line Terminal,OLT)和接入节点(Optical Network Unit,ONU)，所述中心节点通过光纤与所述接入节点连接；其中，

所述中心节点包括主控模块、第一ARM模块、第一电源模块、第一同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory,SDRAM)模块、高速串并转换模块、第一光纤收发模块和千兆以太网模块，所述主控模块分别与千兆以太网模块、第一SDRAM模块和第一ARM模块连接，所述第一电源模块均与所述主控模块、第一SDRAM模块和高速串并转换模块连接，所述第一SDRAM模块与所述高速串并转换模块连接，所述高速串并转换模块与第一光纤收发模块连接；

所述接入节点包括控制器、第二ARM模块、第二电源模块、第二SDRAM模块、串并转换模块、第二光纤收发模块和十兆/百兆以太网模块，所述控制器分别与十兆/百兆以太网模块、第二SDRAM模块和第二ARM模块连接，所述第二电源模块均与所述控制器、第二SDRAM模块和串并转换模块连接，所述第二SDRAM模块与所述串并转换模块连接，所述串并转换模块与第二光纤收发模块连接。

进一步，所述中心节点还包括第一辅助模块、第一串行外围设备接口(Serial Peripheral Interface,SPI)总线模块、第一RS232串口模块和第一JTAG模块；所述主控模块与所述第一辅助模块、第一JTAG模块连接，所述第一ARM模块与所述第一SPI总线模块、第一RS232串口模块连接。

更进一步，所述接入节点还包括第二辅助模块、第二SPI总线模块、第二RS232串口模块和第二JTAG模块；所述控制器与所述第二辅助模块、第二JTAG模块连接，所述第二ARM模块与所述第二SPI总线模块、第二RS232串口模块连接。

优选的，所述主控模块和控制器均为现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)。

本发明的技术构思为：无源光以太网（Ethernet Passive Optical Network，EPON）采用点对多点的网络结构，在物理层采用具有传输频带宽、传输容量大、抗电磁干扰能力强、保密性好、价格低廉、环保等特点的光纤连接，而且具有中继器完全无源的优势，并且与以太网技术融合在一起。这种技术可以提供灵活的带宽需求，同时组网简单、可靠、高性价比。因此，从以太网无源光网络（EPON）的角度出发，借鉴其先进的技术和多点控制的先天性优势，将其应用于工业控制网络，不但完全的吸收了光纤通信的优势，而且在网络的传输带宽、实时性上亦得到了革命性的提高，使工业控制网络再上一个台阶，应用于更加复杂的高精度运动控制场合。