[发明专利]智能控制器和传感器网络总线以及包括多层平台安全架构的系统和方法

说明书

本申请公开了一种用于控制和操作自动化机器的机器自动化系统。该系统包括控制器和传感器总线，该控制器和传感器总线包括中央处理内核和多介质传输内部网，该多介质传输内部网用于实现一种动态突发到广播传输方案，在该方案中，消息从节点突发到中央处理内核并从中央处理内核广播到所有节点。

交叉引用

本申请是2019年10月15日提交的共同待审的第16/653,558号美国专利申请“智能控制器和传感器网络总线、以及包括智能柔性执行器模块的系统和方法”的部分接续案，上述部分接续案是2019年9月16日提交的共同待审的第16/572,358号美国专利申请“智能控制器和传感器网络总线、以及包括通用封装模式的系统和方法”的部分接续案，该部分接续案又是2019年8月1日提交的第16/529,682号美国专利申请“智能控制器和传感器网络总线、以及系统和方法”的部分接续案，所有这些申请通过引用被并入本申请。

技术领域

本申请涉及总线领域。更具体地，本申请涉及控制器和传感器网络总线架构。

背景技术

随着自驾车、智能机器人和工厂自动化的发展，机械自动化领域正在迅速扩展。然而，由于其多样化和高速的需求，没有总线或网络架构能够有效地处理这些新兴技术的所有需求。相反，目前的网络延迟高，带宽低，布线复杂，电磁干扰(EMI)大，成本高，数据不安全且系统集成复杂。比如，网络没有足够的速度和吞吐量将相机、光线检测和测距(LIDAR)这样的传感器数据通过网络传输到CPU内核。此外，现有的电缆系统复杂且距离短，且由于使用的是铜电缆系统，在没有昂贵屏蔽的情况下无法处理EMI。目前没有一体化的“控制器和传感器网络”系统总线解决方案能够支持并在系统中从边缘节点到边缘节点之间传输互联网L2/L3以太网数据包(packet)、电机和运动控制消息、传感器数据和CPU-CMD。

发明内容

本申请提供了一种用于控制和操作自动化机器的机器自动化系统。该系统包括控制器和传感器总线，该控制器和传感器总线包括中央处理内核和多介质传输内部网，该多介质传输内部网用于实现一种动态突发到广播传输方案，在该方案中，消息从节点突发到中央处理内核并从中央处理内核广播到所有节点。

第一方面，本申请实施例公开了一种用于控制和操作自动化机器的机器自动化系统。所述系统包括：包括多个输入/输出端口的控制器和传感器总线；和通过所述总线的端口可操作地耦合在一起的多个外部机器自动化设备，其中所述总线包括：至少一个中央处理内核；多介质传输内部网，所述多介质传输内部网包括直接耦合到所述内核的一个或多个中央传输网络，以及包括多个节点和一个或多个门，以及多个子网络，每个子网络分别耦合到所述中央传输网络之一的所述门中的不同个，所述子网络包括多个子节点；和多层安全架构，所述多层安全架构包括与安全模块耦合的安全管理器中央处理单元CPU，所述安全模块具有一次性可编程存储器，所述一次性可编程存储器存储所述节点、所述子节点和所述内核中的每一个的至少一个主秘钥，其中只有所述安全管理器CPU能够直接访问所述安全模块；其中，所述节点和所述子节点中的每一个通过一个或多个所述端口与一个或多个所述设备耦合，并从耦合到一个或多个所述端口的一个或多个所述设备接收消息。

在一些实施例中，当所述设备之一与所述节点之一耦合时，所述节点之一与所述内核在使所述设备之一能够在所述总线上操作之前执行双向认证过程。在一些实施例中，所述双向认证过程包括所述节点之一基于所述内核的所述主秘钥的导数来验证所述内核的身份，以及所述内核基于所述节点之一的所述主秘钥的导数来验证耦合到所述节点之一的所述设备之一的身份。在一些实施例中，在使所述设备之一能够通过所述节点之一在所述总线上操作之后，所述节点之一和所述内核周期性地重新执行所述双向认证过程，并且如果所述双向认证过程失败，则所述节点之一和所述内核禁用所述总线上的所述设备之一的操作。在一些实施例中，如果所述双向认证过程成功，则所述节点之一和所述内核确定所述设备之一的加密秘钥，并且所述节点之一和所述内核使用所述加密密钥来加密来自所述设备之一的消息和解密发送到所述设备之一的消息。