一種提高非專(zhuān)網(wǎng)goose報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以太網(wǎng)報(bào)文傳輸領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體講涉及一種提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向分布化、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，要求信息標(biāo)準(zhǔn)化，信息共享，其中通信已成為關(guān)鍵。用戶(hù)對(duì)統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切。以太網(wǎng)隨著技術(shù)的成熟，交換技術(shù)的應(yīng)用，高速以太網(wǎng)的發(fā)展等，悄悄地進(jìn)入了控制領(lǐng)域，并在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速增長(zhǎng)。集成電路隨著工藝水平的提高，技術(shù)的進(jìn)步，單芯片已能集成眾多常用的控制器，以太網(wǎng)控制器MAC就是其中一個(gè)，MAC的集成使得以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單。Goose是IEC61850定義的一種通訊機(jī)制，其模型為IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，并利用了 VLAN和優(yōu)先級(jí)等以太網(wǎng)特性，可用于快速傳輸變電站事件，諸如命令、告警、指示、信息。Goose滿足保護(hù)網(wǎng)絡(luò)跳閘等實(shí)時(shí)性要求;可用于保護(hù)跳閘，信息閉鎖，也可傳輸模擬量。因而在工業(yè)控制系統(tǒng)中，Goose報(bào)文通常作為傳輸命令、動(dòng)作信息、閉鎖信號(hào)等實(shí)時(shí)性要求很高且重要信息的以太網(wǎng)報(bào)文。
[0003]由于Goose傳遞信號(hào)的重要性，在實(shí)際使用中，希望Goose報(bào)文不丟失，條件許可的場(chǎng)合，為了滿足系統(tǒng)的性能，Goose網(wǎng)通常作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)組網(wǎng)。然而，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，Goose網(wǎng)通常很難實(shí)現(xiàn)獨(dú)立組網(wǎng)，而是跟其他網(wǎng)絡(luò)報(bào)文共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上接的設(shè)備各式各樣，不可避免的存在瞬間網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)重，甚至產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的情況。一旦出現(xiàn)這種情況，MCU/MPU控制器通常會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)重，網(wǎng)絡(luò)中斷太多而死機(jī)或重啟，這樣會(huì)導(dǎo)致Goose信息丟失，裝置功能失效，嚴(yán)重的會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此在非Goose專(zhuān)網(wǎng)的環(huán)境中，如何提高Goose傳輸可靠性，如何提高裝置的抗網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴能力迫在眉睫，其影響到廣品的功能實(shí)現(xiàn)及性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0006]一種提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)，包括MPU/MCU，所述MPU/MCU包括MAC模塊，用于處理報(bào)文;其改進(jìn)之處在于:所述MPU/MCU的MAC連接FPGA，所述FPGA另一端連接物理接口收發(fā)器；
[0007]所述物理接口收發(fā)器，用于將接收的報(bào)文傳送至所述FPGA，或?qū)⑺鯢PGA發(fā)送的報(bào)文輸出；
[0008]所述FPGA包括發(fā)送模塊、接收模塊、報(bào)文解析及邏輯處理模塊和MAC模塊；
[0009]所述報(bào)文解析及邏輯處理模塊，用于對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)、解析Goose報(bào)文、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴判斷和對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)處理；
[0010]所述MAC模塊，用于實(shí)現(xiàn)與PHY的MII接口，實(shí)現(xiàn)報(bào)文的收發(fā)處理，實(shí)時(shí)監(jiān)視所述以太網(wǎng)的運(yùn)行工況。
[0011 ]優(yōu)選地，當(dāng)所述MPU/M⑶發(fā)送報(bào)文，所述FPGA作為傳輸裝置，將所述報(bào)文直接發(fā)送給所述物理接口收發(fā)器；
[0012]當(dāng)所述MPU/MCU接收?qǐng)?bào)文，所述FPGA作為處理裝置，對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的分類(lèi)及邏輯處理。
[0013]優(yōu)選地，當(dāng)所述FPGA作為處理裝置時(shí)，所述MAC模塊接收從所述物理接口收發(fā)器發(fā)送的報(bào)文，將所述報(bào)文發(fā)送給報(bào)文解析及邏輯處理模塊;所述MAC與所述報(bào)文解析及邏輯處理模塊通信；所述MAC和所述邏輯處理模塊分別通過(guò)MII接口和總線接口發(fā)送給所述MPU/MCU0
[0014]優(yōu)選地，所述報(bào)文解析及邏輯處理模塊進(jìn)行的處理，包括以下步驟:
[0015]FPGA對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)；
[0016]判斷網(wǎng)絡(luò)是否正常，若所述網(wǎng)絡(luò)正常，則將除GOOSE報(bào)文外的所有報(bào)文經(jīng)所述FPGA的所述MAC模塊的MII的發(fā)送端口發(fā)送至所述MPU/MCU的所述MAC模塊的接收端口，若網(wǎng)絡(luò)異常，則只將單播報(bào)文經(jīng)所述FPGA的所述MAC模塊的MII的發(fā)送端口發(fā)送至所述MPU/M⑶的所述MAC模塊的接收端口，其他報(bào)文丟棄；
[0017]若包含所述GOOSE報(bào)文，則進(jìn)一步判斷所述GOOSE報(bào)文與訂閱的GOOSE報(bào)文是否一致，若一致，則通過(guò)所述FPGA的所述報(bào)文解析及邏輯處理模塊解析所述GOOSE報(bào)文，并將解析后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接口發(fā)送至MPU/MCU，若不一致，則將所述GOOSE報(bào)文丟棄。
[0018]優(yōu)選地，所述報(bào)文的分類(lèi)包括:GOOSE報(bào)文、廣播及組播報(bào)文、單播報(bào)文。
[0019]優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)異常包括網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴;所述網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴包括廣播風(fēng)暴及組播泛洪。
[0020]所述組播泛洪的判據(jù):當(dāng)同一網(wǎng)口的廣播報(bào)文或組播報(bào)文在Ims內(nèi)大于4幀，則認(rèn)為發(fā)生組播泛洪；
[0021]所述廣播風(fēng)暴的判據(jù):當(dāng)同一網(wǎng)口的廣播報(bào)文在Is內(nèi)大于1000幀，則認(rèn)為發(fā)生廣播風(fēng)暴。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明提出系統(tǒng)，在裝置MCU/MPU的MAC前端增加FPGA對(duì)接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行處理，給MCU/MPU的MAC增加了一道抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的屏障，減輕了 MCU/MPU對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文突發(fā)增長(zhǎng)的處理要求，增加了裝置的抗網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴能力，從而保證裝置在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴或異常的情況下，裝置MCU/MPU不死機(jī)，不重啟，不丟Goose報(bào)文，能夠提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸?shù)目煽啃浴?br>[0024]2、本發(fā)明提出系統(tǒng)，在裝置MCU/MPU的MAC前端增加FPGA對(duì)接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行處理，進(jìn)一步的確保裝置的功能正常，提高了裝置的性能，避免了因死機(jī)或重啟而可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)降低了網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)要求，節(jié)約組網(wǎng)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為典型的MPU/M⑶以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0026]圖2為本實(shí)施例中增加FPGA作為網(wǎng)絡(luò)前端處理的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0027]圖3為本實(shí)施例中增加FPGA作為網(wǎng)絡(luò)前端處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖；
[0028]圖4為本實(shí)施例中增加FPGA作為網(wǎng)絡(luò)前端處理后的數(shù)據(jù)接收流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]傳統(tǒng)的MPU/MCU以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，Magnetics指Magnetics磁芯，RJ-45為接口，100BASE-FX指是在光纖上實(shí)現(xiàn)的10Mbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中，F(xiàn)表示光纖，IEEE標(biāo)準(zhǔn)為802.3u ； 10Base-FX運(yùn)行于光纜上，適合于骨干和長(zhǎng)距離傳輸。
[0031 ] 該結(jié)構(gòu)包括MPU/MCU(微處理器單元/微控制器單元)，MPU/MCU直接連接PHY(物理接口收發(fā)器/與外部信號(hào)接口的芯片)。
[0032]MPU/M⑶的以太網(wǎng)控制器MAC通過(guò)MII接口與PHY連接來(lái)實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)接口的報(bào)文收發(fā)。這是典型的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)原理，MAC完成報(bào)文的組包發(fā)送及接收?qǐng)?bào)文的解包工作。
[0033]當(dāng)MAC接收到有效的報(bào)文時(shí)會(huì)通過(guò)中斷的方式與MPU/MCU內(nèi)核交互數(shù)據(jù)。所以如果一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，廣播報(bào)文或組播報(bào)文數(shù)量會(huì)在瞬間以幾何級(jí)數(shù)增加，MAC就會(huì)頻繁的向MPU/MCU發(fā)送數(shù)據(jù)接收的中斷，導(dǎo)致MPU/MCU因中斷響應(yīng)不了而死機(jī)或頻繁重啟。
[0034]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)，如圖2所示，圖2為本發(fā)明中增加FPGA作為網(wǎng)絡(luò)前端處理的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)原理圖。本發(fā)明提供的提高非專(zhuān)網(wǎng)GOOSE報(bào)文傳輸可靠性的系統(tǒng)，除了包括MPU/M⑶，還包括FPGA ；所述MPU/MCU包括MAC模塊，用于處理報(bào)文。MPU/MCU的MAC連接FPGA，F(xiàn)PGA另一端連接PHY。
[0035]PHY，用于將接收的報(bào)文傳送至所述FPGA，或?qū)⑺鯢PGA發(fā)送的報(bào)文輸出。
[0036]FPGA，用于對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行處理。
[0037]所述FPGA包括發(fā)送模塊、接收模塊、報(bào)文解析及邏輯處理模塊和MAC模塊;所述報(bào)文解析及邏輯處理模塊，用于對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)、解析Goose報(bào)文、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴判斷和對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)處理;所述MAC模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)視所述以太網(wǎng)的運(yùn)行工況，并對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行發(fā)送接收處理。
[0038]當(dāng)所述MPU/M⑶發(fā)送報(bào)文，所述FPGA作為傳輸裝置，將所述報(bào)文直接發(fā)送給所述PHY;當(dāng)所述MPU/MCU接收?qǐng)?bào)文，所述FPGA作為處理裝置，對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行邏輯處理。
[0039]當(dāng)所述FPGA作為處理裝置時(shí)，所述接收模塊接收從所述PHY發(fā)送的報(bào)文，將所述報(bào)文發(fā)送給所述MAC;所