[发明专利]串口数量动态可调的以太网串口服务器及其数据传输方法

权利要求书

1.串口数量动态可调的以太网串口服务器，用于完成上位机与现场设备之间的通信，其特征在于：所述以太网串口服务器包括通信连接的以太网通信单元和串口通信单元；

所述以太网通信单元包括依次连接的网络接口、隔离变压器、以太网PHY和后端控制装置，其中网络接口与所述上位机相连接；

所述串口通信单元包括依次连接的前端控制装置、接口芯片和若干个串行接口，其中前端控制装置通过FSMC总线与所述后端控制装置通信连接，串行接口与所述现场设备相连接，后端控制装置根据串行接口的接通数量与前端控制装置建立相等数量的数据通道；

所述后端控制装置包括以太网传输模块和多任务管理模块，多任务管理模块包括若干个数据端子，所有数据端子均与以太网传输模块相连接；

所述前端控制装置包括串口寄存器配置模块、数据缓存模块和多串口管理模块，串口寄存器配置模块通过所述FSMC总线与所述多任务管理模块相连接，数据缓存模块包括若干个数据缓存，多串口管理模块包括若干个串口模块，所述数据端子的数量、数据缓存的数量和串口模块的数量相等，串口模块与数据缓存一一对应连接，所有数据缓存均与串口寄存器配置模块相连接，所有串口模块均与所述接口芯片相连接。

2.如权利要求1所述的串口数量动态可调的以太网串口服务器，其特征在于：所述串行接口设置为RS485接口、RS422接口或者RS232接口。

3.如权利要求1所述的串口数量动态可调的以太网串口服务器，其特征在于：所述后端控制装置设置为ARM芯片，所述前端控制装置设置为FPGA芯片。

4.如权利要求1所述的串口数量动态可调的以太网串口服务器，其特征在于：所述网络接口设置为RJ45接口。

5.如权利要求1所述的以太网串口服务器的数据传输方法，其特征在于：首先根据使用需求构建串口服务器，其中多串口管理模块包括若干个串口模块，不同串口模块具有不同的优先级；然后串口服务器执行上行数据传输过程或者下行数据传输过程，其中上行数据传输过程是指将现场设备的现场数据发送给上位机，下行数据传输过程是指将上位机的以太网数据发送给现场设备；

上行数据传输过程包括步骤：

S11、现场设备依次通过串行接口和接口芯片将若干条与串口模块一一对应的现场数据发送给多串口管理模块；

S12、多串口管理模块将现场数据存储在串口模块对应的数据缓存中；

S13、多串口管理模块生成中断信号并且通过串口寄存器配置模块将中断信号发送给多任务管理模块；

S14、多任务管理模块根据中断信号从数据缓存模块中读取现场数据并发送给以太网传输模块；

S15、以太网传输模块依次通过以太网PHY、隔离变压器和网络接口将现场数据发送给上位机：

下行数据传输过程包括步骤：

S21、上位机依次通过网络接口、隔离变压器、以太网PHY和以太网传输模块将以太网数据发送给多任务管理模块，以太网数据包括与串口模块一一对应的若干条下行指令；

S22、多任务管理模块从以太网数据中分离出下行指令，并依据串口模块的优先级将下行指令通过FSMC总线依次发送给串口寄存器配置模块；

S23、串口寄存器配置模块将接收到的下行指令存储在下行指令对应的串口模块所连接的数据缓存中；

S24、串口模块从数据缓存汇总读取下行指令并依次通过接口芯片和串行接口发送到现场设备。

6.如权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于：根据使用需求构建串口服务器的具体方法为：

其中x表示后端控制装置的内存性能，y表示后端控制装置的计算性能，z表示前端控制装置的内存性能，m表示前端控制装置的逻辑门容量，l表示前端控制装置与后端控制装置之间的通信性能，N₁表示在x影响下的最大可承载串口数量，N₂表示在y影响下的最大可承载串口数量，N₃表示在z影响下的最大可承载串口数量，N₄表示在m影响下的最大可承载串口数量，N₅表示在l影响下的最大可承载串口数量。