[发明专利]一种具有时间确定性的FF现场总线交换机

说明书

本发明涉及现场总线和工业互联网领域，公开了一种支持多端口FF(Foundation Fieldbus，基金会现场总线)总线数据交换的交换机架构、实现方法。本发明提出采用硬件电路的方法实现多端口FF总线数据转换，通过这种FF现场总线交换机架构、实现方法，多端口FF总线数据可以在保证时间确定性的情况下接入TSN交换机，进而接入工业互联网。FF总线数据通过数据收发模块传入本FF现场总线交换机硬件电路，在电路内进行校验、优先级(VLANTag中定义)判断、封包以太网帧操作后，通过TSN接口模块将封装后的FF总线数据传给TSN交换机。整个传输过程完全采用硬件电路处理，转换速度快，转换时间小，多端口数据转换采用并行方式，不会由于数据量大而造成数据拥堵。

技术领域

本发明属于现场总线和工业互联网领域，涉及一种支持多端口FF(FoundationFieldbus，基金会现场总线)总线数据交换的交换机架构、实现方法。

背景技术

基金会现场总线系统作为一种低宽带的通信网络，由具备通信能力、同时能完成控制、测量等功能的现场自控设备作为网络节点，通过现场总线把它们互连为网络。由于它所采用的是串行数据通信，仅由两根导线组成的网段上可挂多个现场仪表，从根本上改变了原有模拟仪表的一对一接线方式，在节约费用的同时，还给设计、安装、维护带来许多方便。

众多的工业现场设备的互联互通成为工业互联网亟待快速解决的首要问题，越来越多的异构设备造成连接成本的巨量增加。然而在现阶段，由于世界各国和各设备生产企业所使用的通信标准不同，造成工业设备之间的通信协议各异，导致企业中工业设备之间互联困难、系统之间相互独立、信息无法实现实时交互。虽然目前市场上的工业网关种类繁多、类型各异，但是这些产品的功能良莠不全，大多无法支持多种类数据和多协议数据的接入和传输。

TSN(Time SensitiveNetworking，时间敏感网络)是在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组“子标准”，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的实时性、确定性和低延迟。

现有的FF现场总线网关支持的端口较少，一般采用通用处理器软件的方法实现现场总线数据到以太网数据的转换，当端口较多且数据量大时，会造成数据拥堵，如数据缓冲区预留不够，就会造成数据丢失，故不能保证通信的确定性，且无法满足较多FF现场总线端口的同时转换。TSN交换机是工业以太网的重要组成部分，现有的FF现场总线网关均不支持与TSN交换机互联，故不能很好的适应工业互联网的要求。

发明内容

针对现有的此类FF现场总线网关不能够在满足通信确定性的情况下进行多端口的数据传输的问题，本发明提出采用硬件电路的方法实现多端口FF总线数据转换，通过这种FF现场总线交换机架构、实现方法，多端口FF总线数据可以在保证时间确定性的情况下接入TSN交换机，进而接入工业互联网。

FF总线数据通过数据收发模块传入本FF现场总线交换机硬件电路，在电路内进行校验、优先级(VLAN Tag中定义)判断、封包以太网帧操作后，通过TSN接口模块将封装后的FF总线数据传给TSN交换机。整个传输过程完全采用硬件电路处理，转换速度快，转换时间小，多端口数据转换采用并行方式，不会由于数据量大而造成数据拥堵。

本发明主要包含以下模块：数据收发模块、VID映射模块、封包解包模块、TSN接口模块、AXI4接口模块。

附图说明

图1FF现场总线交换机架构系统框图。

图2FF现场总线交换机架构原理图。

图3数据收发模块原理图。

图4包含FF现场总线数据的以太网帧结构图。

图5现场总线数据在本发明中传输流程图。

图6数据接收状态机状态转移图。

图7数据发送状态机状态转移图