專利名稱：工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡，具體涉及工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的時鐘同步技術。
背景技術：
工業(yè)以太網(wǎng)是一種采用TCP/IP通信協(xié)議的工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡，利用這種網(wǎng)絡可以在監(jiān)控中心與分布在工業(yè)現(xiàn)場各節(jié)點(站點)的設備之間提供以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸及交換，以實現(xiàn)工業(yè)自動化控制。
現(xiàn)有技術中，通常的工業(yè)以太網(wǎng)交換機在組成一個環(huán)網(wǎng)時，節(jié)點數(shù)一般小于10個。這種工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡一般采用非總線式的以太網(wǎng)傳輸結構，各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)為異步傳輸，沒有時鐘同步要求。由于這種工業(yè)控制以太網(wǎng)節(jié)點數(shù)較少，不能滿足目前工業(yè)自動化控制的實際需要，從而使得組網(wǎng)不夠靈活，增加了成本和管理復雜程度。為了使工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡在組網(wǎng)時能夠連接更多的節(jié)點設備，可以通過建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結構，使網(wǎng)絡節(jié)點大大增加。但是，這種設計由于各個節(jié)點都有相互獨立的時鐘，就需要解決整個以太網(wǎng)總線的時鐘同步問題，以免由于數(shù)據(jù)收發(fā)定位的不準確導致傳輸性能的劣化(誤碼、抖動)。利用各個節(jié)點的時鐘具有極高的精度和穩(wěn)定度，環(huán)網(wǎng)內(nèi)部各節(jié)點的時鐘雖然不完全相同(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但畢竟各個節(jié)點都有相互獨立的時鐘，還是有誤差，當網(wǎng)絡節(jié)點大大增加時，誤差也會隨之增大，甚至產(chǎn)生嚴重后果。據(jù)申請人了解，現(xiàn)有技術對這一問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)絡中各節(jié)點交換機時鐘的同步問題，即工業(yè)現(xiàn)場站點很多的情況下，減少各節(jié)點時鐘的誤差，減少誤碼，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結構基礎上，將數(shù)據(jù)包幀結構設計成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無效填充字節(jié)格式，在每個節(jié)點接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先經(jīng)過一個緩存器FIFO將數(shù)據(jù)緩存隊列，該緩存器的寫時鐘WCLK是上一個節(jié)點時鐘，而讀時鐘RCLK是本節(jié)點的時鐘；然后建立緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準，通過檢測該緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準比較獲得滿或空兩種狀態(tài)，當緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＞基準數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時為滿狀態(tài)，表明寫時鐘快，而讀時鐘慢，則減少幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，相對增加數(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；當緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＜基準數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時為空狀態(tài)，表明寫時鐘慢，而讀時鐘快，則增加幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，相對減少數(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，從而通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結構中的有效數(shù)據(jù)比例來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡時鐘的相對同步。
上述技術方案中的有關內(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)傳輸結構，也可以是鏈狀傳輸結構。
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)量基準是指當緩存器寫入一定字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)時，開始讀出，此時的一定字節(jié)數(shù)量為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準，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個字節(jié)。當檢測到緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＞12個字節(jié)時為滿狀態(tài)，＜12個字節(jié)時為空狀態(tài)。
本發(fā)明原理是將數(shù)據(jù)包幀結構設計成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無效填充字節(jié)格式，通過每個節(jié)點接收數(shù)據(jù)的緩存器處于空或滿兩種狀態(tài)，來調(diào)整發(fā)出數(shù)據(jù)時，幀尾無效填充字節(jié)的數(shù)量，從而通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結構中的有效數(shù)據(jù)比例來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡時鐘的相對同步，確保整個網(wǎng)絡能夠正常通信。
本發(fā)明工業(yè)以太網(wǎng)交換機內(nèi)部時鐘以大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理算法為標準，采用這種創(chuàng)新的數(shù)字時鐘相位調(diào)節(jié)和量化跟蹤技術，大大減小抖動和漂移的積累，從而很好的解決了專網(wǎng)設備站點數(shù)量較多的時鐘同步問題。采用了該時鐘平滑處理技術以后，使整個工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點數(shù)量超過64個的情況下，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)點時鐘同步性原理圖；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n的FIFO隊列，接收站點n-1的時鐘CLKn-1作為寫時鐘，產(chǎn)生本站點n的時鐘CLKn作為讀時鐘。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結構基礎上，將數(shù)據(jù)包幀結構設計成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無效填充字節(jié)格式，其中，幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個，幀尾的無效填充字節(jié)為10個。該無效填充字節(jié)用于時鐘平滑處理，其具體內(nèi)容無意義。在每個節(jié)點接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先經(jīng)過一個32個字節(jié)的緩存器FIFO將數(shù)據(jù)緩存隊列，見圖2所示，該緩存器FIFO的寫時鐘WCLK是上一個節(jié)點時鐘，而讀時鐘RCLK是本節(jié)點的時鐘。然后建立緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準，具體是當緩存器FIFO寫入12個字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)時，開始讀出數(shù)據(jù)，此時的12個字節(jié)數(shù)量為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準。接著，檢測緩存器FIFO中瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準比較獲得滿或空兩種狀態(tài)。當檢測到緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＞12個字節(jié)時為滿狀態(tài)，表明寫時鐘快，而讀時鐘慢，則讀出數(shù)據(jù)時減少幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，比如減少1個字節(jié)，此時幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個，幀尾的無效填充字節(jié)為9個，相對而言增加了數(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。當檢測到緩存器FIFO內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)＜12個字節(jié)時為空狀態(tài)，表明寫時鐘慢，而讀時鐘快，則讀出數(shù)據(jù)時增加幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，比如增加1個字節(jié)，此時幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)為1490個，幀尾的無效填充字節(jié)為11個，相對而言減少數(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，從而通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結構中的有效數(shù)據(jù)比例來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡時鐘的相對同步，確保整個網(wǎng)絡能夠正常通信。
本方案以太網(wǎng)可以是環(huán)網(wǎng)傳輸結構，也可以是鏈狀傳輸結構。采用本方案時鐘平滑處理技術以后，使整個工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點數(shù)量超過64個的情況下，保證數(shù)據(jù)的傳輸性能。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，其特征在于在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結構基礎上，將數(shù)據(jù)包幀結構設計成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無效填充字節(jié)格式，在每個節(jié)點接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先經(jīng)過一個緩存器[FIFO]將數(shù)據(jù)緩存隊列，該緩存器的寫時鐘[WCLK]是上一個節(jié)點時鐘，而讀時鐘[RCLK]是本節(jié)點的時鐘；然后建立緩存器內(nèi)瞬間數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量基準，通過檢測該緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，并與基準比較獲得滿或空兩種狀態(tài)，當緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＞基準數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時為滿狀態(tài)，表明寫時鐘快，而讀時鐘慢，則減少幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，相對增加數(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；當緩存器中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量＜基準數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量時為空狀態(tài)，表明寫時鐘慢，而讀時鐘快，則增加幀尾的無效數(shù)據(jù)填充字節(jié)長度，相對減少數(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，從而通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結構中的有效數(shù)據(jù)比例來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡時鐘的相對同步。
2.根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，其特征在于所述以太網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)傳輸結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，其特征在于所述以太網(wǎng)為鏈狀傳輸結構。
全文摘要
一種工業(yè)以太網(wǎng)總線時鐘平滑處理方法，其特征在于在建立總線式的以太網(wǎng)傳輸結構基礎上，將數(shù)據(jù)包幀結構設計成幀首的有效數(shù)據(jù)字節(jié)加幀尾的無效填充字節(jié)格式，通過每個節(jié)點接收數(shù)據(jù)的緩存器處于空或滿兩種狀態(tài)，來調(diào)整發(fā)出數(shù)據(jù)時，幀尾無效填充字節(jié)的數(shù)量，從而通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包幀結構中的有效數(shù)據(jù)比例來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡時鐘的相對同步，確保整個網(wǎng)絡能夠正常通信。采用了該時鐘平滑處理技術以后，使整個工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)節(jié)點數(shù)量超過64個的情況下，保證數(shù)據(jù)的傳輸性能。
文檔編號H04L12/40GK1913408SQ20061008631
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月4日 優(yōu)先權日2006年7月4日
發(fā)明者沈安珍, 孔慶運 申請人:蘇州市震旦電力科技有限公司