[发明专利]基于TSN的HART总线交换机电路

说明书

本发明提供了一种基于TSN的HART总线交换机电路，该电路使HART总线网络能够与TSN网络兼容。该电路支持多路HART总线网络接入，包括HART收发电路、TSN封包模块、TSN解包模块、VID映射表、优先级映射表、丢弃标志映射表、多路选择器、RGMII接口、AXI接口。对于HART总线网络传来的上行HART协议数据，电路给数据添加相应的VLAN Tag，并封装上以太网帧头、帧尾，形成TSN协议数据，通过RGMII接口发送给电路外的TSN交换机；对于RGMII接口传来的下行TSN数据，电路将数据中的VLAN Tag和以太网帧头、帧尾去除，得到HART协议数据，并根据VLAN Tag中的VID号将该数据发送到相应的HART总线网络。

技术领域

本发明涉及总线通信和电路设计领域，特别涉及一种基于TSN的HART总线交换机电路。

背景技术

HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国际上已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

时间敏感型网络(timesensitive network，TSN)是目前国际产业界正在积极推动的全新工业通信技术。时间敏感型网络允许周期性与非周期性数据在同一网络中传输，使得标准以太网具有确定性传输的优势，并通过厂商独立的标准化进程，已成为广泛聚焦的关键技术。TSN 网络广泛应用于建筑、过程和工厂自动化等领域，其中，和工业以太网、现场总线的融合成为工业控制领域的热点。

虽然HART协议传输速率为1200bps，传输速率较低，但是传统HART协议设备无法对多个HART网络的总线协议数据进行优先级处理和实时调度。目前工业控制领域没有HART协议和TSN网络兼容的设备或产品。底层HART总线网络融入TSN网络不仅能满足用户进行自定义传输优先级的需求，使现场层、控制层和管理层在垂直层面方便集成，更能降低总线设备厂家设备在水平层面上的集成成本。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的在于提出一种基于TSN的HART总线交换机电路，使得HART总线网络能够与TSN网络兼容。该电路支持多路HART总线网络接入，能够解决传统HART总线设备存在的缺乏实时控制、缺乏优先级调度机制等问题。本发明提供的基于TSN的HART总线交换机电路是这样的：

该电路包括：HART收发电路、TSN封包模块、TSN解包模块、VID映射表、优先级映射表、丢弃标志映射表、多路选择器、RGMII接口、AXI接口。对于HART总线网络传来的上行HART协议数据，电路给数据添加相应的VLAN Tag，并封装上以太网帧头、帧尾，形成TSN协议数据，通过RGMII接口发送给电路外的TSN交换机；对于RGMII接口传来的下行TSN数据，电路将数据中的VLAN Tag和以太网帧头、帧尾去除，得到HART协议数据，并根据VLAN Tag中的VID号将该数据发送到相应的HART总线网络。

优选地，所述TSN封包模块用于将上行数据添加相应的VLAN Tag、以太网帧的前导码、起始符、MAC目的地址、MAC源地址、长度类型、FCS等各个字段，使上行数据成为符合 TSN协议的以太网帧；TSN解包模块将下行数据删除以太网帧的前导码、起始符、MAC目的地址、MAC源地址、长度类型、FCS、VLAN Tag，使下行数据成为符合HART总线协议的数据。

优选地，所述VLAN Tag为4个字节，包括2个字节的标签协议识别、3bit的优先级代码、 1bit的丢弃标志位、12bit的VID。用户可根据需求自定义每一路HART网络对应的优先级代码、丢弃标志位和VID。

优选地，该电路的VID映射表、优先级映射表和丢弃标志映射表由电路外的CPU通过 AXI总线进行配置。

附图说明