一種通信節(jié)點(diǎn)、基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于高速串口的以太網(wǎng)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)及交換機(jī)制，尤其涉及一種通信節(jié)點(diǎn)、基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]串口與網(wǎng)口之間通常通過串口服務(wù)器的方式實(shí)現(xiàn)不同物理鏈路的聯(lián)通，但是其實(shí)現(xiàn)結(jié)果是應(yīng)用層數(shù)據(jù)的交換，常設(shè)計(jì)為透明傳輸?shù)姆绞?，并不能保證串口接收到的應(yīng)用層數(shù)據(jù)的可靠性。而且實(shí)現(xiàn)方式上，大多是單級轉(zhuǎn)換，由于網(wǎng)線大多是百米左右的傳輸距離，485端口雖然可以增加傳輸距離，但是無法在傳輸鏈路上再次進(jìn)行設(shè)備接入等拓展，靈活性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種通信節(jié)點(diǎn)、基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路及其工作方法，本發(fā)明基于高速串口的以太網(wǎng)協(xié)議棧，在節(jié)點(diǎn)增加串口轉(zhuǎn)發(fā)接口，采用級聯(lián)連接方式，方便實(shí)現(xiàn)鏈路拓展。配合波特率自適應(yīng)技術(shù)，可以靈活穩(wěn)定的適用于電力隧道通信的各種距離。節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)有網(wǎng)口、485等擴(kuò)展接口，可實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備接入。以此為基礎(chǔ)，可以方便的搭建一條可靠靈活高速的通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種通信節(jié)點(diǎn)，包括:控制單元，所述控制單元設(shè)有485端口、網(wǎng)口和若干串口，所述串口均通過電平轉(zhuǎn)換電路與高速差分總線連接，所述485端口和網(wǎng)口用于與外界設(shè)備連接。
[0006]所述控制單元為ARM芯片。
[0007]所述通信節(jié)點(diǎn)具有四個(gè)串口。
[0008]基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路，包括:若干通信節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)彼此之間通過高速差分總線連接，通信節(jié)點(diǎn)還通過高速差分總線與節(jié)點(diǎn)管理器連接，所述節(jié)點(diǎn)管理器通過TCP/IP總線與平臺連接，所述通信節(jié)點(diǎn)還與外部設(shè)備連接。
[0009]基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路的工作方法，包括如下步驟:
[0010]步驟(1):在通信鏈路的每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)搭建高速上行串口通路和下行串口通路；
[0011 ]步驟(2):每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對高速上行串口通路和下行串口通路數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理；
[0012]步驟(3):通信鏈路的每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)功能，接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)目標(biāo)MAC地址和數(shù)據(jù)類型對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理或轉(zhuǎn)發(fā)。
[0013]所述步驟(1)的通信節(jié)點(diǎn)具備高數(shù)據(jù)吞吐能力，波特率達(dá)到5Mbps。
[0014]所述步驟(3)的交換機(jī)功能包括外接設(shè)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0015]所述步驟(3)的步驟，具體實(shí)現(xiàn)如下:
[0016]步驟(31):通信鏈路上的通信節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立源MAC地址同通信節(jié)點(diǎn)端口的映射，并將映射寫入MAC地址表中；所述通信節(jié)點(diǎn)端口包括:串口端和網(wǎng)口端;所述MAC地址表包括串口端對應(yīng)的MAC地址表和網(wǎng)口端對應(yīng)的MAC地址表；
[0017]步驟(32):通信節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，依據(jù)比較結(jié)果選擇對應(yīng)端口進(jìn)行處理或轉(zhuǎn)發(fā)；
[0018]若目的MAC地址與串口端對應(yīng)的MAC地址表中的地址一致，則將數(shù)據(jù)幀交予協(xié)議棧進(jìn)行處理；
[0019]若目的MAC地址與網(wǎng)口端對應(yīng)的MAC地址表中的地址一致，則進(jìn)一步判斷網(wǎng)口端與外部連接設(shè)備是否連接成功，若成功則將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的外接設(shè)備，若未連接成功則不轉(zhuǎn)發(fā)；
[0020]若目的MAC地址不在MAC地址表中，則向通信節(jié)點(diǎn)的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。
[0021 ]所述協(xié)議棧采用LWIP輕量級嵌入式協(xié)議棧。
[0022]LwIP是Light Weight(輕型)IP協(xié)議，有無操作系統(tǒng)的支持都可以運(yùn)行。LwIP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM的占用，它只需十幾KB的RAM和40K左右的ROM就可以運(yùn)行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統(tǒng)中使用。
[0023]所述步驟(2)每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)通過STM32F4XX芯片來實(shí)現(xiàn)分幀處理。
[0024]所述步驟(2)，高速串口通路的數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的高速發(fā)送，而網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)是以包為單位分幀發(fā)送的，所以必須對高速串口數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理，以實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠轉(zhuǎn)換。
[0025]通信節(jié)點(diǎn)采用STM32F4XX芯片，通過芯片的DMA空閑中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，由于幀間隔的存在，每收完一幀數(shù)據(jù)后，通知CHJ進(jìn)行處理。這樣可以保證終端的CPU處理系統(tǒng)不必頻繁進(jìn)入終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)將從串口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理。STM32F4xx是基于C0RTEX-M4A內(nèi)核的一款A(yù)RM芯片，
[0026]在數(shù)據(jù)幀發(fā)送時(shí)，同樣采用DMA空閑中斷方式，要求至少有一個(gè)字節(jié)空閑時(shí)間，在進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，一包數(shù)據(jù)必須連續(xù)發(fā)送，不允許出現(xiàn)間隔，這樣可防止發(fā)送過程中CPU被打斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不連續(xù)的情況。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]通過本發(fā)明的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)電力隧道通信鏈路上各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的級聯(lián)，鏈路通信距離長，鏈路上增加外接設(shè)備，拓展連接簡單容易，靈活性好。各個(gè)節(jié)點(diǎn)上提供網(wǎng)口和485接口，方便各種類型的外接設(shè)備的接入。以此為基礎(chǔ)，可以方便的搭建一條可靠靈活高速的通信鏈路，可以靈活的用于各種距離。適應(yīng)了各種不同的電力隧道，保障的通信數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性，從而保障了電力隧道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說明】
[0029]圖1本發(fā)明硬件節(jié)點(diǎn)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明通信鏈路上節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)功能示意圖；
[0031 ]圖3為一種基于高速串口的以太網(wǎng)通信方式及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入的應(yīng)用框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]如圖1所示，對于通信鏈路上的每一個(gè)硬件終端，通過硬件終端以ARM芯片為核心，實(shí)現(xiàn)本終端高速上下行串口通路，而且具備485口和網(wǎng)口，通過485口和網(wǎng)口可以實(shí)現(xiàn)和外部設(shè)備的連接。
[0034]每一個(gè)通信鏈路上的終端即為一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)。每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)具備4個(gè)高速串口，1個(gè)485 口和1個(gè)網(wǎng)口。該節(jié)點(diǎn)具備高數(shù)據(jù)吞吐能力，波特率可以達(dá)到5Mbps。節(jié)點(diǎn)之間通過高速差分總線級聯(lián)。
[0035]如圖2所示，通信鏈路中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的作用主要是構(gòu)建局域網(wǎng)，外接設(shè)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，因此節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的功能。
[0036]通信鏈路上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。
[0037]交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。需要對比的MAC地址表主要分為兩部分，一是自身MAC地址，確認(rèn)是否為交付于自身的數(shù)據(jù)，二是與外接設(shè)備MAC地址表進(jìn)行對比，確認(rèn)是否為外接設(shè)備。當(dāng)外接設(shè)備狀態(tài)(網(wǎng)口狀態(tài))沒有連接成功時(shí)，不向外接設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這里主要是向網(wǎng)口掛接設(shè)備以及自身的數(shù)據(jù)，因此需要對比的MAC地址表也包含這兩個(gè)數(shù)據(jù)。
[0038]如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)，如廣播幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。
[0039]如圖3所示，通信節(jié)點(diǎn)通過高速差分總線接口和節(jié)點(diǎn)管理器連接;節(jié)點(diǎn)管理器通過TCP/IP與平臺管理器連接;各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過高速差分總線連接;每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過485 口和網(wǎng)口外接相關(guān)設(shè)備。
[0040]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通信節(jié)點(diǎn)，其特征是，包括:控制單元，所述控制單元設(shè)有485端口、網(wǎng)口和若干串口，所述串口均通過電平轉(zhuǎn)換電路與高速差分總線連接，所述485端口和網(wǎng)口用于與外界設(shè)備連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種通信節(jié)點(diǎn)，其特征是，所述控制單元為ARM芯片。3.基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路，其特征是，包括:若干通信節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)彼此之間通過高速差分總線連接，通信節(jié)點(diǎn)還通過高速差分總線與節(jié)點(diǎn)管理器連接，所述節(jié)點(diǎn)管理器通過TCP/IP總線與平臺連接，所述通信節(jié)點(diǎn)還與外部設(shè)備連接。4.基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路的工作方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟(1):在通信鏈路的每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)搭建高速上行串口通路和下行串口通路； 步驟(2):每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對高速上行串口通路和下行串口通路數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理； 步驟(3):通信鏈路的每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)功能，接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)目標(biāo)MAC地址和數(shù)據(jù)類型對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理或轉(zhuǎn)發(fā)。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟(1)的通信節(jié)點(diǎn)具備高數(shù)據(jù)吞吐能力，波特率達(dá)到5Mbps。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟(3)的交換機(jī)功能包括外接設(shè)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟(3)的步驟，具體實(shí)現(xiàn)如下: 步驟(31):通信鏈路上的通信節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立源MAC地址同通信節(jié)點(diǎn)端口的映射，并將映射寫入MAC地址表中； 步驟(32):通信節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，依據(jù)比較結(jié)果選擇對應(yīng)端口進(jìn)行處理或轉(zhuǎn)發(fā)； 若目的MAC地址與串口端對應(yīng)的MAC地址表中的地址一致，則將數(shù)據(jù)幀交予協(xié)議棧進(jìn)行處理； 若目的MAC地址與網(wǎng)口端對應(yīng)的MAC地址表中的地址一致，則進(jìn)一步判斷網(wǎng)口端與外部連接設(shè)備是否連接成功，若成功則將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的外接設(shè)備，若未連接成功則不轉(zhuǎn)發(fā)； 若目的MAC地址不在MAC地址表中，則向通信節(jié)點(diǎn)的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述通信節(jié)點(diǎn)端口包括:串口端和網(wǎng)口端;所述MAC地址表包括串口端對應(yīng)的MAC地址表和網(wǎng)口端對應(yīng)的MAC地址表。9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述協(xié)議棧采用LWIP輕量級嵌入式協(xié)議棧。10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述步驟(2)每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)通過STM32F4XX芯片來實(shí)現(xiàn)分幀處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通信節(jié)點(diǎn)、基于通信節(jié)點(diǎn)的通信鏈路及其工作方法；通信節(jié)點(diǎn)包括：控制單元，所述控制單元設(shè)有485端口、網(wǎng)口和若干串口，所述串口均通過電平轉(zhuǎn)換電路與高速差分總線連接，所述485端口和網(wǎng)口用于與外界設(shè)備連接。本發(fā)明基于高速串口的以太網(wǎng)協(xié)議棧，在節(jié)點(diǎn)增加串口轉(zhuǎn)發(fā)接口，采用級聯(lián)連接方式，方便實(shí)現(xiàn)鏈路拓展。配合波特率自適應(yīng)技術(shù)，可以靈活穩(wěn)定的適用于電力隧道通信的各種距離。節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)有網(wǎng)口、485等擴(kuò)展接口，可實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備接入。以此為基礎(chǔ)，可以方便的搭建一條可靠靈活高速的通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入。
【IPC分類】H04L29/12, H04L12/40, H04L29/08
【公開號】CN105471688
【申請?zhí)枴緾N201510778166
【發(fā)明人】孔得朋, 楊震威
【申請人】山東康威通信技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月13日