[发明专利]高速自适应环网系统的硬件结构

说明书

技术领域

本发明涉及仪器系统内的数据传输，具体是应用于高速仪器的一种能可靠、快速传输数据的高速自适应环网系统的硬件结构。

背景技术

仪器系统内部需要传输大量数据。现有仪器系统主要以并行总线实现系统内的通讯和数据传输，但随着仪器系统内部所需传输数据量的不断增加，并行总线数据传输结构正面临着挑战，成为制约数据传输速度、可靠性等系统性能的主要瓶颈。如何可靠快速地传输数据，使系统稳定可靠地运行，成为仪器系统内部的新问题。

发明内容

本发明为了解决仪器系统内现有并行总线数据传输结构因所需传输数据量的不断增加，而导致系统性能(如速度，可靠性)受制约的问题，提供了应用于高速仪器的一种高速自适应环网系统的硬件结构。

本发明是采用如下技术方案实现的：高速自适应环网系统的硬件结构，包括采用接触型插槽结构的环网总线(即呈首尾相接的闭合环型总线)、以及插于环网总线的总线插槽(即扩展槽)的上设有功能模块电路的功能模块插板(即扩展卡)，环网总线相邻的总线插槽之间设置有高速2×2模拟交叉开关，开关的片选端SEL1、/EN1、SEL0、/EN0分别与前一总线插槽的4个片选信号引脚相连，并分别经电阻R5、R6、R7、R8接地；开关的输入端IN0与前一开关的输出端OUT0相连，开关的输入端IN1与前一总线插槽的信号输出引脚相连，开关的输出端OUT1与后一总线插槽的信号输入引脚相连；功能模块插板上设有实现开关片选的接口电路、以及并行I/O端口与功能模块电路并行I/O端口连接的低压差分信号收发器，低压差分信号收发器的串行I/O端口与插板上同总线插槽信号输入/输出引脚对应的信号输入/输出“金手指”相连，所述接口电路包含四个分别串联于插板上电源“金手指”(即与总线插槽电源总线引脚对应的“金手指”)与同总线插槽的片选信号引脚对应的片选信号“金手指”之间的电阻R4、R3、R1、R2。其中，环网总线是在物理上将各节点通过总线连接、在逻辑上构成的逻辑环，具有在多负载下利用率高、网络性能对距离不敏感以及具有公平访问等优越性能，能有效解决多负载下通信速率下降问题。

本发明所述环网系统的硬件结构中，环网总线相邻的总线插槽之间设置有高速2×2模拟交叉开关，高速2×2模拟交叉开关的片选端SEL1、/EN1、SEL0、/EN0的电平状态受前一总线插槽上是否插有功能模块插板影响，前一总线插槽上是否插有功能模块插板会改变开关片选端的电平，进而改变开关的连通路径(即通过功能模块插板的插拔来实现对开关工作模式的控制)，实现了系统环网总线的自适应闭合。即当前一总线插槽上的功能模块插板空缺，串行数据流不经前一总线插槽而是直接通过开关传输至下一开关/下一总线插槽，而不影响整个环路的闭合。因此，本发明所述环网系统的功能模块插板可以随机插拔、改变位置、根据用户需求增减，而不影响整个环网总线的自适应闭合，易于扩展，便于维护。

同时，功能模块插板上设置的低压差分信号收发器，将功能模块电路向环网总线输入的多路并行信号转换成高速串行低压差分信号，环网总线向功能模块电路输出的高速串行低压差分信号转换成多路并行信号，即“数据”信号(包括指令、数据、控制命令等等)在环网总线各功能模块插板之间以低压差分信号LVDS串行传输方式传输；其中，所述低压差分信号LVDS串行传输技术是一种新兴的点对点串行通信技术，该串行传输技术以其较少的信号连线、高带宽等优点正在取代传统并行总线而成为高速数据传输技术的主流，该串行传输技术不但可以充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和期间引脚数目，大大降低通信成本。而且增强了信号在总线传输时的抗噪声、抗干扰能力，能以时钟和数据恢复技术解决了限制数据传输速率的信号时钟参差问题，大大提高了数据传输的数据率，在高速传输中有着愈来愈广泛的应用。

与现有技术相比，本发明将高速2×2模拟交叉开关与环网总线结合，实现自适应环网总线，同时应用在高速通信传输领域中极具优势的低压差分信号LVDS串行传输技术，实现高速仪器系统中低成本高性能的数据传输结构，具备硬件结构设计简单、传输速率高、可靠性高、工作方式灵活、且易于扩展的特点。

附图说明

图1为本发明所述高速自适应环网系统的硬件结构的结构示意图；

图2为高速2×2模拟交叉开关片选端与功能模块插板的连接关系示意图；

图3为本发明一对一通信模式下的一具体结构示意图；

图4为图3中当高速2×2模拟交叉开关前一总线插槽无功能模块插板时开关的工作模式图；