專利名稱：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于單通道地在總線系統(tǒng)上傳輸信息的一種方法和一種系統(tǒng)，其中，待傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)按照第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集至少與第一數(shù)據(jù)集不同類型。
背景技術(shù)：
這種系統(tǒng)和方法例如在其中引導(dǎo)可靠性重要的數(shù)據(jù)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到使用。
除了其它的之外，公知的防故障系統(tǒng)例如在標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508“FunctionalSafety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems”中進(jìn)行了描述。按照IEC 61508必須在防故障自動(dòng)化系統(tǒng)中采取避免故障的措施并且對(duì)應(yīng)于安全綜合水平(SIL)的安全級(jí)別進(jìn)行故障管理。
為了在總線系統(tǒng)上傳輸可靠性重要的數(shù)據(jù)，要產(chǎn)生電文，該電文除了純粹待傳輸?shù)募償?shù)據(jù)之外還包括校驗(yàn)和，根據(jù)該校驗(yàn)和接收器可以檢驗(yàn)被傳輸?shù)募償?shù)據(jù)中可能的錯(cuò)誤。校驗(yàn)和必須始終與純數(shù)據(jù)匹配。如果不存在這種一致性，則其向接收器表明出現(xiàn)了錯(cuò)誤。為了傳輸該校驗(yàn)和例如進(jìn)行所謂的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。
為了在自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)按照IEC 61508的安全級(jí)別2，將所有可靠性重要的數(shù)據(jù)、特別是IO數(shù)據(jù)進(jìn)行加倍地引導(dǎo)。為了在總線系統(tǒng)上傳輸數(shù)據(jù)，按照現(xiàn)有技術(shù)由雙通道的通信驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生其中使用兩個(gè)通道中的數(shù)據(jù)的電文。為此，通過由兩個(gè)通道之一的控制器準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，并且借助于第二控制器根據(jù)另一個(gè)通道的數(shù)據(jù)計(jì)算并提供校驗(yàn)和。當(dāng)數(shù)據(jù)離開通信驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)入總線時(shí)，通過對(duì)校驗(yàn)和以及純數(shù)據(jù)的一致性的檢驗(yàn)、根據(jù)該電文可以識(shí)別在這兩個(gè)相互冗余的控制器中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。通過這種方式，盡管雙通道數(shù)據(jù)只能在硬件技術(shù)上的單通道系統(tǒng)上顯示/存在，卻可以在通信協(xié)議中實(shí)現(xiàn)安全級(jí)別2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種方法和一種系統(tǒng)，利用其在降低硬件花費(fèi)的條件下實(shí)現(xiàn)滿足IEC 61508安全級(jí)別2的數(shù)據(jù)傳輸。
所述技術(shù)問題是通過一種用于在自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的總線系統(tǒng)上傳輸信息的方法解決的，其中，通過總線系統(tǒng)傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)在處理單元中按照第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集至少是與第一數(shù)據(jù)集不同類型的，并且該處理單元從兩個(gè)數(shù)據(jù)集中產(chǎn)生適合于單通道地在所述總線系統(tǒng)上傳輸?shù)膫鬏旊娢?，其中?在該傳輸電文的第一數(shù)據(jù)區(qū)中放置按照第一數(shù)據(jù)集的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及-在該傳輸電文的第二數(shù)據(jù)區(qū)中放置在第二數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
此外，上述技術(shù)問題還通過一種在具有總線系統(tǒng)和處理單元的自動(dòng)化系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)解決，其中，該處理單元用于從第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集中產(chǎn)生適合于單通道地在總線系統(tǒng)上傳輸?shù)膫鬏旊娢?，其中，待傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)在處理單元中按照第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集至少與第一數(shù)據(jù)集不同類型，其中，-在該傳輸電文的第一數(shù)據(jù)區(qū)包括按照第一數(shù)據(jù)集的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及-在該傳輸電文的第二數(shù)據(jù)區(qū)包括在第二數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
按照本發(fā)明的方法使得可以利用僅僅一個(gè)處理單元產(chǎn)生保證安全的傳輸電文，盡管如此仍然實(shí)現(xiàn)了安全級(jí)別2。這是這樣實(shí)現(xiàn)的直到產(chǎn)生電文，不僅加倍地引導(dǎo)可靠性重要的數(shù)據(jù)，而且還以兩種不同的表示形式來引導(dǎo)。如果數(shù)據(jù)直到產(chǎn)生電文為止一直按照兩種不同的表示形式出現(xiàn)，則可以將其在一個(gè)共同處理單元、例如處理器中共同進(jìn)行引導(dǎo)。存儲(chǔ)或處理錯(cuò)誤(例如在一個(gè)比特位置上命令“倒置”沒有倒置)可以通過純數(shù)據(jù)的不同類型的表示形式得到識(shí)別，而不需要為兩個(gè)表示形式提供各自的處理單元。
為了產(chǎn)生傳輸電文，將純數(shù)據(jù)通過第一數(shù)據(jù)集表示而在第二數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上形成校驗(yàn)和。因此，本發(fā)明的方法使得可以利用單通道硬件按照安全級(jí)別2形成校驗(yàn)和。
該方法的一種優(yōu)選的實(shí)施方式的特征在于，兩個(gè)數(shù)據(jù)集之一對(duì)應(yīng)于純數(shù)據(jù)的按比特倒置的表示，并且如下產(chǎn)生所述校驗(yàn)和從倒置的純數(shù)據(jù)形成第二校驗(yàn)和，并將該第二校驗(yàn)和與一個(gè)其中所有比特被置為1且其長度根據(jù)純數(shù)據(jù)確定的比特流的校驗(yàn)和進(jìn)行異或運(yùn)算。
待傳輸?shù)募償?shù)據(jù)的兩種表示類型在該實(shí)施方式中這樣給出即，將純數(shù)據(jù)按照正常形式和按照倒置的形式分別引導(dǎo)一次。純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和的形成在倒置的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。為此，首先建立倒置的純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。此外，建立一個(gè)其中所有比特被置為1且其長度根據(jù)純數(shù)據(jù)確定的比特流的校驗(yàn)和。然后，將該比特流的校驗(yàn)和與倒置的純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和進(jìn)行異或(XOR)運(yùn)算。該XOR運(yùn)算的結(jié)果最終是實(shí)際純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。
這種方式具有這樣決定性的優(yōu)點(diǎn)即，被雙倍引導(dǎo)的純數(shù)據(jù)直到產(chǎn)生電文為止從不在處理單元中以同樣的表示形式出現(xiàn)。例如，假如為了產(chǎn)生純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和將被倒置的純數(shù)據(jù)倒置并且然后從中確定校驗(yàn)和，則該可靠性重要的數(shù)據(jù)將在一定的時(shí)間長度上在兩個(gè)通道上以同樣的形式出現(xiàn)。由此，可能無法識(shí)別一系列可能的存儲(chǔ)和處理錯(cuò)誤(例如命令“倒置”在一個(gè)比特位置上沒有倒置)。優(yōu)選地，分別利用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)建立各校驗(yàn)和。這里，在建立校驗(yàn)和時(shí)既可以使用正常的CRC，也可以使用附帶有零的CRC的變形。
為了實(shí)現(xiàn)所描述的方法步驟，可以將微控制器作為處理單元使用?；蛘撸部梢酝ㄟ^連接的移位寄存器以硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)CRC算法。
該方法的一種典型的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全數(shù)據(jù)傳輸，其中純數(shù)據(jù)是對(duì)于可靠性重要的數(shù)據(jù)。


下面對(duì)照附圖所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述和說明。圖中圖1示出用于安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǖ脑韴D，以及圖2示出借助單通道通信驅(qū)動(dòng)裝置從以雙通道出現(xiàn)的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生傳輸電文的算法。
具體實(shí)施例方式
圖1示出用于通過總線系統(tǒng)1進(jìn)行安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǖ脑韴D。在處理單元4中，通過總線系統(tǒng)待傳輸?shù)募償?shù)據(jù)按照其不同的兩種表示類型的形式以數(shù)據(jù)集2、3雙通道地出現(xiàn)。在此，例如可以是純數(shù)據(jù)的正常表示和純數(shù)據(jù)的倒置表示。數(shù)據(jù)集2、3例如由兩個(gè)相互獨(dú)立測(cè)量量相同的的傳感器來采集，并通過分離的數(shù)據(jù)通道被送至處理單元4。
處理單元4將兩個(gè)數(shù)據(jù)集2、3結(jié)合為一個(gè)通過總線系統(tǒng)1發(fā)送的單通道傳輸電文5。為此，將通過第一數(shù)據(jù)集2表示的純數(shù)據(jù)放置在傳輸電文5的第一數(shù)據(jù)區(qū)6。而該純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和則根據(jù)第二數(shù)據(jù)集3、即倒置的純數(shù)據(jù)來確定并將被放置在傳輸電文5的第二數(shù)據(jù)區(qū)7。按照這種方式，兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)集2、3均參與了形成傳輸電文5。通過在兩個(gè)通道中純數(shù)據(jù)的不同表示類型，通信驅(qū)動(dòng)器可以在單通道硬件中、特別是在使用單微控制器的條件下實(shí)現(xiàn)。
圖2示出借助單通道通信驅(qū)動(dòng)裝置(例如在處理單元4上實(shí)現(xiàn)的那樣)從雙通道存在的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生傳輸電文5的算法表示。對(duì)于可靠性重要的純數(shù)據(jù)，一方面按照正常的形式ND、另一方面還按照倒置的形式INV(ND)出現(xiàn)。
在第一方法步驟8中，借助循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)從倒置的純數(shù)據(jù)INV(ND)中確定校驗(yàn)和FCS(INV(ND))。在此以及下面的描述中，將通過循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)確定的校驗(yàn)和縮寫為FCS()(幀校驗(yàn)序列)。
在第二方法步驟9中，將倒置的純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和FCS(INV(ND))與一個(gè)其中所有比特被置1的比特流BS的校驗(yàn)和FCS(BS)進(jìn)行異或運(yùn)算(XOR)。比特流BS的長度取決于純數(shù)據(jù)ND的長度。作為該XOR運(yùn)算9的結(jié)果形成了純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和FCS(ND)。
由此，為了從倒置的純數(shù)據(jù)INV(ND)中產(chǎn)生純數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和FCS(ND)，不對(duì)倒置的純數(shù)據(jù)INV(ND)進(jìn)行倒置。這樣的方法步驟起到如下作用在處理單元4中兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)按照同樣的表示形式保持一定的時(shí)間，并因此而可能出現(xiàn)不可識(shí)別的存儲(chǔ)器或者處理錯(cuò)誤的危險(xiǎn)。
在第三方法步驟10中，將從倒置的純數(shù)據(jù)INV(ND)中產(chǎn)生的校驗(yàn)和FCS(ND)附加在純數(shù)據(jù)ND上，以便產(chǎn)生傳輸電文5。該傳輸電文5通過總線系統(tǒng)1進(jìn)行傳輸。
接收器11接收與通過總線系統(tǒng)1防故障傳輸?shù)膫鬏旊娢?對(duì)應(yīng)的第二傳輸電文12。在第四方法步驟13中接收器建立傳輸電文12中的純數(shù)據(jù)校驗(yàn)和，并且將該校驗(yàn)和與在傳輸電文12中放置的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。在兩個(gè)校驗(yàn)和一致的條件下，接收器可以認(rèn)為數(shù)據(jù)是沒有錯(cuò)誤地通過總線傳輸?shù)?。此外，校?yàn)和的一致性表明待傳輸?shù)陌踩匾臄?shù)據(jù)既通過純數(shù)據(jù)ND也通過倒置的純數(shù)據(jù)INV(ND)得到正確的描述。
總之，本發(fā)明涉及用于將信息單通道地在自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的總線系統(tǒng)1上進(jìn)行傳輸?shù)囊环N方法和一種系統(tǒng)，利用其在降低硬件花費(fèi)的條件下實(shí)現(xiàn)滿足IEC61508安全級(jí)別2的數(shù)據(jù)傳輸。通過總線系統(tǒng)1傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)在處理單元4中按照第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集至少與第一數(shù)據(jù)集不同類型。該處理單元4從兩個(gè)數(shù)據(jù)集2、3中產(chǎn)生適合于單通道地在總線系統(tǒng)1上傳輸?shù)膫鬏旊娢?，其中，-在傳輸電文5的第一數(shù)據(jù)區(qū)6放置按照第一數(shù)據(jù)集2的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及-在傳輸電文5的第二數(shù)據(jù)區(qū)7放置在第二數(shù)據(jù)集3的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
權(quán)利要求
1.一種用于在自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的總線系統(tǒng)(1)上傳輸信息的方法，其中，通過所述總線系統(tǒng)(1)傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)在處理單元(4)中按照第一數(shù)據(jù)集(2)和第二數(shù)據(jù)集(3)的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集(3)至少是與第一數(shù)據(jù)集(2)不同類型的，并且該處理單元(4)從所述兩個(gè)數(shù)據(jù)集(2，3)中產(chǎn)生適合于單通道地在所述總線系統(tǒng)(1)上傳輸?shù)膫鬏旊娢?5)，其中，-在所述傳輸電文(5)的第一數(shù)據(jù)區(qū)(6)中放置按照第一數(shù)據(jù)集(2)的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及-在所述傳輸電文(5)的第二數(shù)據(jù)區(qū)(7)中放置在第二數(shù)據(jù)集(3)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個(gè)數(shù)據(jù)集(2，3)之一對(duì)應(yīng)于所述純數(shù)據(jù)的按比特倒置的表示，并且如下產(chǎn)生所述校驗(yàn)和從該倒置的純數(shù)據(jù)形成第二校驗(yàn)和，并將該第二校驗(yàn)和與一個(gè)其中所有比特被置為1且其長度根據(jù)該純數(shù)據(jù)確定的比特流的校驗(yàn)和進(jìn)行異或運(yùn)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，分別利用循環(huán)冗余校驗(yàn)建立各校驗(yàn)和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為所述處理單元(4)采用微控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法用于在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全數(shù)據(jù)傳輸，其中，所述純數(shù)據(jù)是可靠性重要的數(shù)據(jù)。
6.一種用于在自動(dòng)化系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該自動(dòng)化系統(tǒng)具有總線系統(tǒng)(1)和處理單元(4)，其中，所述處理單元(4)用于從第一數(shù)據(jù)集(2)和第二數(shù)據(jù)集(3)中產(chǎn)生適合于單通道地在所述總線系統(tǒng)(1)上傳輸?shù)膫鬏旊娢?5)，其中，傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，該純數(shù)據(jù)在處理單元(4)中按照所述第一數(shù)據(jù)集(2)和第二數(shù)據(jù)集(3)的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集(3)至少是與第一數(shù)據(jù)集(2)不同類型的，其中，-所述傳輸電文(5)的第一數(shù)據(jù)區(qū)(6)包括按照所述第一數(shù)據(jù)集(2)的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及-所述傳輸電文(5)的第二數(shù)據(jù)區(qū)(7)包括在所述第二數(shù)據(jù)集(3)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元(4)用于建立所述第二數(shù)據(jù)區(qū)中放置的校驗(yàn)和，其中所述兩個(gè)數(shù)據(jù)集(2，3)之一對(duì)應(yīng)于所述純數(shù)據(jù)的按比特倒置的表示，并且如下產(chǎn)生所述校驗(yàn)和從該倒置的純數(shù)據(jù)形成第二校驗(yàn)和，并將該第二校驗(yàn)和與一個(gè)其中所有比特被置為1且其長度根據(jù)純數(shù)據(jù)確定的比特流的校驗(yàn)和進(jìn)行異或運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元(4)用于分別利用循環(huán)冗余校驗(yàn)建立各校驗(yàn)和。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述處理單元(4)實(shí)施為微控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)用于在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行安全數(shù)據(jù)傳輸，其中所述純數(shù)據(jù)是可靠性重要的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于單通道地在自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的總線系統(tǒng)(1)上傳輸信息的方法和系統(tǒng)，利用其可在降低硬件花費(fèi)的條件下實(shí)現(xiàn)滿足IEC 61508安全級(jí)2的數(shù)據(jù)傳輸。通過總線系統(tǒng)(1)傳輸?shù)男畔償?shù)據(jù)，其在處理單元(4)中按照第一數(shù)據(jù)集(2)和第二數(shù)據(jù)集(3)的形式雙通道地出現(xiàn)，該第二數(shù)據(jù)集(3)至少與第一數(shù)據(jù)集(2)不同類型。處理單元(4)從兩個(gè)數(shù)據(jù)集(2，3)中產(chǎn)生適合于單通道地在總線系統(tǒng)(1)上傳輸?shù)膫鬏旊娢?5)，其中，在傳輸電文(5)的第一數(shù)據(jù)區(qū)(6)中放置按照第一數(shù)據(jù)集(2)的形式出現(xiàn)的純數(shù)據(jù)，以及在傳輸電文(5)的第二數(shù)據(jù)區(qū)(7)中放置在第二數(shù)據(jù)集(3)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的校驗(yàn)和。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1697357SQ20051007018
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者赫伯特·巴塞爾, 弗蘭克·希勒, 埃德加·西格沃特 申請(qǐng)人:西門子公司