[实用新型]一种分散控制系统网络数据采样仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及网络数据采集器，特别是用于对发电厂DCS网络(工业以太网)进行数据采集的、采用在线被动监听方式的微电脑控制仪器。

背景技术

通过采样仪器对发电厂DCS网络(工业以太网)进行数据采集，这样，有助于对发电厂的生产进行动态和实时监管，有利于生产的安全正常进行。而现有采样仪通常通过CPU将数据包从网卡内存送到系统内存，这样增大了CPU的工作量；其次，现有采样仪采用中断的方式读取数据，同时，其网卡收到的数据包在内核空间，需要copy到用户空间后，用户空间的应用程序才能获取数据，从而降低了系统的效率和性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种分散控制系统网络数据采样仪，以改善短长度数据包接收的效率，减少中断触发的时间，同时提高系统的效率和性能。

本实用新型的目的是这样实现的：一种分散控制系统网络数据采样仪，其特征是：包括

微电脑处理器：型号为Freecale公司的I.MX27Arm9处理器，内置Linux操作系统；

数据直传控制器：经总线与微电脑处理器连接；

Flash存储器：由NorFlash存储器S29WS256N和NAND Flash存储器K9F1G08UOA经总线与微电脑处理器连接组成，用于存放启动代码、Linux内核和用户程序；

同步动态随机存取存储器：型号为MT46H16M32LF，作为监控程序的运行空间，经总线与微电脑处理器连接；

以太网接收器：用作经网卡与发电厂以太网连接，型号为KSZ8041NL，经总线与微电脑处理器连接；

USB接口：由三个USB接口组成，用于支持对鼠标，键盘，U盘从设备的读写；

EEPROM只读存贮器：与微电脑处理器连接，其内置有数据包处理模块，中断唤醒数据接收模块，内存零copy模块；

数据包处理模块：由以太网接收器来的数据包队列直接送入所述数据直传控制器的数据缓冲区，并由其内核空间映射到用户空间，以供用户使用；

中断唤醒数据接收模块以及内存零copy模块：第一步，网卡驱动初始化；第二步，配置网卡；第三步，数据直传控制器缓存和数据直传控制器初始化后进行读取数据，若网卡中断，同时数据直传控制器缓存为空，则将内核空间映射到用户空间，并通知应用层；若网卡未中断或数据直传控制器缓存不为空，则返回数据读取状态；只有在应用层满足缓存为空，数据包是所支持的类型，数据头有效以及是所支持的协议五步的条件下，才将读取数据写入磁盘，否则，返回对应上一步。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用DMA技术

从网卡上收到数据包后，将数据包从网卡内存送到系统内存，采用了DMA方式，节省了CPU的参与，可以让CPU将主要功能集中到数据的分析上。

2、采用NAPI技术可以大大改善短长度数据包接收的效率，减少中断触发的时间。

NAPI是Linux上采用的一种提高网络处理效率的技术，它的核心概念就是不采用中断的方式读取数据，而代之以首先采用中断唤醒数据接收的服务程序，然后POLL的方法来轮询数据。随着网络的接收速度的增加，触发的中断能做到不断减少。而在网络层次上，NAPI技术已经完全被应用到了网卡驱动中，并且提供了专门的POLL方法--process_backlog来处理轮询的方法。

3、内存零Copy技术

Linux操作系统分为内核空间和用户空间，一般而言，网卡驱动收到的数据包在内核空间，需要copy到用户空间，然后用户空间的应用程序才能获取数据。内存copy是比较费时间的，本系统采用在内核空间分配连续的内存地址，然后将内核空间的地址映射到用户空间，使用户空间的程序不需要copy就可以直接访问内核内存，避免了内存copy，大大提高了系统的效率和性能。

4、本采样仪采用在线式被动监听的方法对发电厂DCS网络(工业以太网)进行数据采集。该数据采集方式适用于采用IEEE802.3技术规范。该设备是采用被动监听的方式(不向网络发送任何数据，只是被动监听)进行网络数据采集，特点是不占网络带宽，可长期在线采集(设计采集周期为一个月)，可热插拔。该设备的软件平台采用是基于裁剪内核UNIX软件平台设计。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构图；

图2是数据包处理程序(即模块)流程图；

图3是中断唤醒数据接收程序以及内存零copy程序流程图。

具体实施方式

参见图1，硬件资源：

处理器：Freecale公司的I.MX27Arm9处理器；