[发明专利]用于支持相同的物理连接上的两种不同的协议的系统和方法

说明书

背景技术

本发明的典型实施例针对在主和从属现场总线装置的网络中用于支持相同物理连接上的两种不同的协议的系统和方法。如在此处所使用的，主和从属现场总线装置是能够以线形或者环形拓扑结构被连接并且其中协议具有严格的计时要求的那些装置。严格的计时要求可以归因于在轮询网络中发送请求和接收响应之间的短暂时间流逝或者归因于在周期网络中用于包的预分配时间间隙。另外，这种装置被配置成有至少一个主装置，并且该主装置轮询从属装置或者设置周期通信的时间表。

在该范畴中已知有几种现场总线通信协议，包括但不局限于EtherCAT(IEC61158和IEC61784-2)，SynqNet(例如在美国专利第7,969,985号、第7,460,471号、第7,406，354号、第7,143,301号和第7,024,257号所公开的)以及Varan(如Varan总线用户组织所指定的)。这些现场总线都使用以太网物理层(ANSI X3.263：1995TP-PMD和IEEE802.3-2002的第25.2节)。这些现场总线在现有技术中是总所周知的，将不再进一步详细描述。尽管以下讨论集中在EtherCAT，但是本发明能够利用任何其它类型的现场总线被实现。

图1是常规的主-从属布置的方框图。如图1所示，主装置100经由电缆103被连接到第一从属装置110，随后从属装置110经由电缆113被连接到中间从属装置120。中间从属装置120通过电缆123被连接到最终从属装置130。电缆103、113和123可以是携带现场总线包的常规以太网电缆。如图1所示，每个从属装置具有指示X和Y的两个全双工、双方向的现场总线端口。因此，主装置100被连接到第一从属装置110的X端口111，并且第一从属装置110的Y端口112被线连接到第二从属装置120的X端口121，以此类推直到网络的最后的从属装置130，其中X端口131被连接到最终从属装置130，而最终从属装置的Y端口132是不使用的。为了便于了解，而不是为了限制，图1以及随后的附图仅图解第一从属装置、中间从属装置和最终从属装置。但是，本领域的技术人员将会认识到这种现场总线布置可以包括一个以上的中间从属装置，在这种情况下，进一步的中间从属装置的操作将会与公开的中间从属装置相同。

在它们的使用期限期间，尤其是在投入运行期间，现场总线从属装置典型地需要在网络中被连接的同时进行编程，这个可以使用在本技术领域中已知作为配置器的装置来实现。图2是图解用于使用配置器对现场总线从属装置进行编程的常规布置的方框图。具体地，每个从属装置包括能够被耦接到以太网开关250的辅助端口211、221、231。配置器240也被耦接到以太网开关250，该以太网开关250允许配置器240使用TCP/IP格式的包对从属装置110、120和130进行编程。这样的布置为编程自现场总线数据的配置提供了分离的和独特的物理传送路径，其中考虑到现场总线数据利用时间敏感的协议被格式化，现场总线数据是重要的。

图3是图解常规的第一、中间或最终现场总线从属装置的一些内部部件的方框图。如图3所示，X端口111、121、131，Y端口112、122、132和辅助端口211、221、231具有相似的结构，包括物理连接器、一对变压器和PHY装置，该PHY装置是传送器和接收器电路。现场总线逻辑模块311被耦接到X端口111、121、131和Y端口112、122、132，以便与现场总线包相互作用，该现场总线包包括现场总线包的接收、传送和修改(如有必要)。现场总线逻辑模块311作为现场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC)被典型地实现。为了便于说明，而不是限制，以下讨论将简单地指的是FPGA。但是，可以使用ASIC作为替代。图3还显示允许与微控制器312进行TCP/IP通信的辅助端口211、221、231。在这种情况下，微控制器本身具有内置的以太网MAC。辅助端口对于以图2的方式连接配置器是至关重要的，但是由于该发明提出辅助端口是不必要的，因此将从所有进一步的附图中省略。

从属装置的全部操作典型地通过微控制器312被控制，该微控制器312经由处理器总线313被耦接到现场总线逻辑模块311。应该认识到，微控制器312可以是微处理器，数字信号处理器或类似的装置，其中的任何一种可以被集成到相同的FPGA或者ASIC中作为现场总线逻辑模块311。处理器总线313可以是常规的并行处理器总线或者诸如SPI的串行连接，从而微控制器312能够响应经由现场总线传送的命令。为了便于说明，从属装置的传感器/致动器方面由于本发明并不涉及到这些方面已经被省略。