[发明专利]一种基于FPGA的通信网络控制拓扑

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的通信网络控制拓扑，包括主节点模块和若干从节点模块，主节点模块包括主节点控制器和通过总线控制器与主节点控制器连接的多个主发送接收双口RAM，主发送接收双口RAM通过数据链路控制单元连接物理层接口，主节点控制器和总线控制器之间连接主节点协议控制器，从节点模块包括从节点控制器、从发送接收双口RAM和从节点协议控制器，从节点协议控制器通过从节点数据链路控制器连接上端接口和下端接口；本发明实现了星形拓扑和环形拓扑的混合应用，实现两种拓扑的优势互补，既利用了环形拓扑扩展、布线方便的优点，又可实现星形拓扑冗余性强、通信延时小、可并行传输等优点，提高了整个系统的性能和可靠性。

技术领域

本发明属于通讯控制技术领域，涉及工业自动化控制系统通信协议拓扑结构及通信实现方法，具体涉及一种基于FPGA的通信网络控制拓扑。

背景技术

在工业控制领域中通信协议作为整个系统的神经网络有着重要的作用。其协议形式、拓扑结构等对整个系统的系统性能、扩展方式、冗余方式、系统可靠性等都有着重要影响。在现有的有线通信协议拓扑中，应用的较多的主要有三种基本类型：总线型拓扑，如CAN、485等速率较低的通信协议；星形拓扑，如以太网、光纤通信等；环形拓扑，如EtherCAT等。

但三种通信拓扑结构都有其固有的缺点：总线型通信拓扑结构中，由于所有节点都挂在统一总线上，受信号完整性影响，其通信速率无法提高，所以这种拓扑只能用于通信速率较低的场合，同时由于接入方式问题，也是不适用于光纤介质应用场合；星形拓扑中，其每一个节点就需要一个独立的接口与主节点进行连接，这样一方面不利于系统的扩展，另一方面也不利于现场布线，虽然采用星形拓扑的扩展结构——树形拓扑能够一定程度上缓解这种问题，但其又会带来的设备成本增加和系统复杂度提升问题；环形拓扑中，主要存在两个问题，一个是若中间节点故障就会导致系统通信中断降低系统可靠性，虽然双环拓扑对系统可靠性有所提高，但问题依然存在；另一个是所有节点公用通信链路，造成通信速度受限。

现有通信协议中都以一种拓扑或者几种拓扑的简单组合来构建系统，虽然各自的缺点有互补的作用，但总体性能和统一性较差。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的是提出一种基于FPGA的通信网络控制拓扑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA的通信网络控制拓扑，包括基于FPGA的主节点模块和与主节点模块连接的若干个基于FPGA的从节点模块；整个网络通信由主节点模块控制，采用主从的通信方式，主节点模块根据需求发起对相应从节点模块的操作，从节点模块进行响应；所述的主节点模块包括用于与上层应用进行数据发送与读取、中断产生与执行的主节点控制器，用于实现网路地址解析的主节点协议控制器，以及用于根据协议控制器对数据进行并转串与串转并、读取与写入RAM数据的数据链路控制，主节点控制器通过总线控制器连接多个主发送接收双口RAM，每个主发送接收双口RAM通过数据链路控制单元连接物理层接口，主节点协议控制器连接在主节点控制器和总线控制器之间，控制总线控制器对相应的主发送接收双口RAM进行数据的写入和读取操作，实现数据的路由操作；所述的从节点模块包括从节点控制器和用于实现数据的接收和转发的从节点数据链路控制器，从节点控制器通过从发送接收双口RAM连接从节点协议控制器，从节点协议控制器通过从节点数据链路控制器分别连接上端接口和下端接口。

所述的一种基于FPGA的通信网络控制拓扑，其从节点模块之间通过上端接口和下端接口与主节点模块的物理层接口实现环形或双环形拓扑方式扩展连接；兼容单物理接口进行环形扩展，或者两个物理接口进行双环扩展。

所述的一种基于FPGA的通信网络控制拓扑，其从节点模块之间通过上端接口和下端接口与主节点模块的物理层接口实现星形拓扑方式扩展连接。从节点判断主节点发送的数据是否属于自己，是否需要上传等，然后执行相关动作。

本发明的有益效果是：