[发明专利]用于传输周期性和非周期性数据的方法和系统

说明书

本发明涉及一种在考虑到实时性的情况下通过传输信道传输周 期性和非周期性数据的方法和系统。

一种已知的、在工业上应用于数据传输系统的通信系统是现场总 线，它将诸如测量探测器(传感器)、调节装置和/或驱动装置(执行 单元)的大量现场设备与一个控制设备相连。在市场上有许多具有不 同特性的不同的现场总线系统，并且在世界范围内被大规模标准化。

从拓扑学的角度说，目前市场上相关的现场总线系统基本上被分 为两类，一类是在带有线状结构、包括线束或树状结构的系统，如 Profibus总线、CAN总线或以太网；另一类是在带有环状结构的系统， 例如Interbus总线。

通常，带有环状结构的系统尤其具有协议效率高的特点，这在低 传输频率的情况下表现为很高的净数据速率。环状拓扑意味着同步数 据传送或者所有用户的数据传输。这样，要传输的信息从一个用户被 转发到另一个用户，直至到达相应的指定用户。另外的优点在于，对 于传输路径有非常好的诊断特性，并且在很大程度上省去了设备地址 和定时的分配，这是因为传输路径是对等(peer-to-peer)连接，因 此实现了与客户端/服务器连接或主/从连接不同的对等方之间的通 信。

与此不同的是，具有基于线状结构的拓扑的现场总线系统通常具 备热插拔能力，也就是说，在正在运行总线操作期间可以使各个用户 插入或拔出，而不会产生什么问题。另外，过程数据和非周期性数据， 包括设备诊断数据，可以根据情况在几乎任意的范围内传输。这种拓 扑结构主要是基于客户端/服务器通信或者主/从通信。

然而，总的来说，可以断定与环状结构相关的优点正对应于线状 结构的缺点，反之亦然。此外，尤其是鉴于当下普遍采用且与市场相 关的总线系统所具有的高度复杂性以及高传输速率，总线连接通常只 能通过专门的且昂贵的协议芯片或微控制器来实现。

本发明的一个目的在于，指出一种通过传输信道传输数据的途 径，其有效避免了目前由环状结构和线状结构所带来的缺点，并将一 种拓扑类型的优点与另一种拓扑类型的优点结合起来，其中尤其是不 仅要保证热插拔能力和过程数据和非周期性数据(包括设备诊断数 据)的与条件相关的传输，而且还要保证较低的协议开销和同步数据 传送以及到所有相连用户的过程数据传输。

根据本发明的解决方案是通过权利要求1所述的方法和权利要 求20所述的传输系统来给出的。

有利的和/或优选的实施方式和改进是各个从属权利要求的主 题。

因此，根据本发明，对基于用于通过传输信道传输周期性数据的 协议进行数据传输的方法进行了改进，对要在一个即将到来的周期内 传输的数据进行检验，以检验该数据相对于在前一周期内的相应数据 的冗余性和现实性，当发现在一个即将到来的传输周期内本来只传输 冗余数据而不传输新的信息内容时，用非周期性数据来代替不包含新 信息内容的冗余数据插入到为此而提供的数据区域中。

这样，采样本身的等距性以及过程数据传输过程中的确定性(其 对于控制应用来说尤其重要)都保持不变，也不会由此使有效数据的 吞吐量下降。

为了实现本发明所述的方法，本发明特别提出了一种传输系统， 其为了发送和接收数据，在主机与至少一个从机之间具有一条共用的 数据线。其中，多个相连的从机用户可以形成一个用户站，主机通过 所述数据线与这个用户站相连。另外，该数据传输系统还具有一个针 对应用特定的协议，在这个协议的基础上，数据以周期性的时间间隔 在主机和从机之间传输以便将数据写入从机，并且数据在主机和从机 之间进行交换以便从从机读出数据。主机具有一个专门的检验机构， 能够对为即将到来的周期性传输而提供的数据进行检验，以检验该数 据相对于在前一个周期性传输期间已经传输的、存储在存储器中的数 据的冗余性和现实性，并且还具有一个与所述检验机构相连的判断机 构，能够判断是否要将非周期性数据插入到本来只传输冗余数据而不 传输新信息内容的数据区域中，并且在答案为“是”的情况下判断将哪 些非周期性数据插入到这个数据区域中。

符合目的的是，在每个传输周期内，主机单元分别在第一个数据 周期期间从从机单元读出过程数据，并在相应接下来的第二个数据周 期期间传输过程输出数据或非周期性数据。

尤其是，非周期性数据不仅可以插入到由主机单元至从机单元的 传输中，而且也可以插入到由从机单元至主机单元的传输中。