專利名稱：工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)，具體涉及工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的時(shí)鐘同步技術(shù)。
背景技術(shù)：
工業(yè)以太網(wǎng)是一種采用TCP/IP通信協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)，利用這種網(wǎng)絡(luò)可以在監(jiān)控中心與分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各節(jié)點(diǎn)(站點(diǎn))的設(shè)備之間提供以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸及交換，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)數(shù)一般小于10個(gè)。這種工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)一般采用非總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)為異步傳輸，沒(méi)有時(shí)鐘同步要求。由于這種工業(yè)控制以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，不能滿足目前工業(yè)自動(dòng)化控制的實(shí)際需要，從而使得組網(wǎng)不夠靈活，增加了成本和管理復(fù)雜程度。為了使工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)時(shí)能夠連接更多的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，可以通過(guò)建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大大增加。但是，這種設(shè)計(jì)由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相互獨(dú)立的時(shí)鐘，就需要解決整個(gè)以太網(wǎng)總線的時(shí)鐘同步問(wèn)題，以免由于數(shù)據(jù)收發(fā)定位的不準(zhǔn)確導(dǎo)致傳輸性能的劣化(誤碼、抖動(dòng))。利用各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘具有極高的精度和穩(wěn)定度，環(huán)網(wǎng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘雖然不完全相同(頻率和相位)，但誤差很小，接近同步。如圖1所示CLK1≈CLK2≈CLK3≈CLK4≈CLKn-1≈CLKn≈CLK1但畢竟各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相互獨(dú)立的時(shí)鐘，還是有誤差，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大大增加時(shí)，誤差也會(huì)隨之增大，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重后果。據(jù)申請(qǐng)人了解，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)這一問(wèn)題未給出較好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，其目的是要解決工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)時(shí)鐘的同步問(wèn)題，即工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)很多的情況下，減少各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的誤差，減少誤碼，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無(wú)效填充字節(jié)格式，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò)一個(gè)緩存器FIFO將數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列，該緩存器的寫時(shí)鐘WCLK是上一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，而讀時(shí)鐘RCLK是本節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘；然后建立緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)，通過(guò)檢測(cè)該緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準(zhǔn)比較獲得滿或空兩種狀態(tài)，當(dāng)緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＞基準(zhǔn)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時(shí)為滿狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘快，而讀時(shí)鐘慢，則減少幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，相對(duì)增加數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此加快有效數(shù)據(jù)的讀出量；當(dāng)緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時(shí)為空狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘慢，而讀時(shí)鐘快，則增加幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，相對(duì)減少數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此放慢有效數(shù)據(jù)的讀出量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)中的有效數(shù)據(jù)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的相對(duì)同步。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1、上述方案中，所述以太網(wǎng)可以是環(huán)網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)，也可以是鏈狀傳輸結(jié)構(gòu)。
2、上述方案中，所述建立緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)是指當(dāng)緩存器寫入一定字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，開始讀出，此時(shí)的一定字節(jié)數(shù)量為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)，并作為判斷緩存器處于滿或空兩種狀態(tài)的依據(jù)，比如12個(gè)字節(jié)。當(dāng)檢測(cè)到緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＞12個(gè)字節(jié)時(shí)為滿狀態(tài)，＜12個(gè)字節(jié)時(shí)為空狀態(tài)。
本發(fā)明原理是將數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無(wú)效填充字節(jié)格式，通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的緩存器處于空或滿兩種狀態(tài)，來(lái)調(diào)整發(fā)出數(shù)據(jù)時(shí)，幀尾無(wú)效填充字節(jié)的數(shù)量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)中的有效數(shù)據(jù)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的相對(duì)同步，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信。
本發(fā)明工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘以大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號(hào)處理算法為標(biāo)準(zhǔn)，采用這種創(chuàng)新的數(shù)字時(shí)鐘相位調(diào)節(jié)和量化跟蹤技術(shù)，大大減小抖動(dòng)和漂移的積累，從而很好的解決了專網(wǎng)設(shè)備站點(diǎn)數(shù)量較多的時(shí)鐘同步問(wèn)題。采用了該時(shí)鐘平滑處理技術(shù)以后，使整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量超過(guò)64個(gè)的情況下，保證數(shù)據(jù)的傳輸性能。


附圖1為本發(fā)明工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步性原理圖；附圖2為本發(fā)明同步調(diào)整緩存器FIFO原理圖。其中，緩存器FIFO為站點(diǎn)n的FIFO隊(duì)列，接收站點(diǎn)n-1的時(shí)鐘CLKn-1作為寫時(shí)鐘，產(chǎn)生本站點(diǎn)n的時(shí)鐘CLKn作為讀時(shí)鐘。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無(wú)效填充字節(jié)格式，其中，幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個(gè)，幀尾的無(wú)效填充字節(jié)為10個(gè)。該無(wú)效填充字節(jié)用于時(shí)鐘平滑處理，其具體內(nèi)容無(wú)意義。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò)一個(gè)32個(gè)字節(jié)的緩存器FIFO將數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列，見圖2所示，該緩存器FIFO的寫時(shí)鐘WCLK是上一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，而讀時(shí)鐘RCLK是本節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘。然后建立緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)，具體是當(dāng)緩存器FIFO寫入12個(gè)字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，開始讀出數(shù)據(jù)，此時(shí)的12個(gè)字節(jié)數(shù)量為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)。接著，檢測(cè)緩存器FIFO中瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準(zhǔn)比較獲得滿或空兩種狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＞12個(gè)字節(jié)時(shí)為滿狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘快，而讀時(shí)鐘慢，則讀出數(shù)據(jù)時(shí)減少幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，比如減少1個(gè)字節(jié)，此時(shí)幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個(gè)，幀尾的無(wú)效填充字節(jié)為9個(gè)，相對(duì)而言增加了數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此加快有效數(shù)據(jù)的讀出量。當(dāng)檢測(cè)到緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＜12個(gè)字節(jié)時(shí)為空狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘慢，而讀時(shí)鐘快，則讀出數(shù)據(jù)時(shí)增加幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，比如增加1個(gè)字節(jié)，此時(shí)幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個(gè)，幀尾的無(wú)效填充字節(jié)為11個(gè)，相對(duì)而言減少數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此放慢有效數(shù)據(jù)的讀出量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)中的有效數(shù)據(jù)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的相對(duì)同步，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信。
本方案以太網(wǎng)可以是環(huán)網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)，也可以是鏈狀傳輸結(jié)構(gòu)。采用本方案時(shí)鐘平滑處理技術(shù)以后，使整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量超過(guò)64個(gè)的情況下，保證數(shù)據(jù)的傳輸性能。
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，其特征在于在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無(wú)效填充字節(jié)格式，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò)一個(gè)緩存器[FIFO]將數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列，該緩存器的寫時(shí)鐘[WCLK]是上一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，而讀時(shí)鐘[RCLK]是本節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘；然后建立緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準(zhǔn)，通過(guò)檢測(cè)該緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準(zhǔn)比較獲得滿或空兩種狀態(tài)，當(dāng)緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＞基準(zhǔn)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時(shí)為滿狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘快，而讀時(shí)鐘慢，則減少幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，相對(duì)增加數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此加快有效數(shù)據(jù)的讀出量；當(dāng)緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＜基準(zhǔn)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時(shí)為空狀態(tài)，表明寫時(shí)鐘慢，而讀時(shí)鐘快，則增加幀尾的無(wú)效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長(zhǎng)度，相對(duì)減少數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)比例，以此放慢有效數(shù)據(jù)的讀出量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)中的有效數(shù)據(jù)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的相對(duì)同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，其特征在于所述以太網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，其特征在于所述以太網(wǎng)為鏈狀傳輸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時(shí)鐘平滑處理方法，其特征在于在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無(wú)效填充字節(jié)格式，通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的緩存器處于空或滿兩種狀態(tài)，來(lái)調(diào)整發(fā)出數(shù)據(jù)時(shí)，幀尾無(wú)效填充字節(jié)的數(shù)量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)中的有效數(shù)據(jù)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的相對(duì)同步，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信。采用了該時(shí)鐘平滑處理技術(shù)以后，使整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量超過(guò)64個(gè)的情況下，保證數(shù)據(jù)的傳輸性能。
文檔編號(hào)H04L12/40GK1913408SQ20061008631
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者沈安珍, 孔慶運(yùn) 申請(qǐng)人:蘇州市震旦電力科技有限公司