[发明专利]多主无损总线竞争技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种现场总线使用权仲裁技术。在多个设备通过现场总线连接运行中，通过多主无损总线竞争技术，可以使每一个设备都成为主动发送信息的设备，而无需通过请求应答的主从方式获取现场总线使用权；如果在同一时刻有多个设备同时发送信息，则多个设备产生信息发送冲突并展开对现场总线使用权的竞争，在竞争中获胜的设备获得现场总线使用权，并继续发送信息，而在竞争过程中发送的信息依然有效，即现场总线竞争获胜的设备发送信息没有损失，加快了信息发送速度；而在现场总线竞争失败的设备则停止发送信息，等待下一次参与现场总线使用权竞争并发送数据。本发明属于通信工程和控制工程技术领域。

背景技术

现场总线在工业上得到广泛的应用，如何高效率地使用现场总线关系到现场设备运行的稳定性和实时性，而现场总线使用权的分配方式直接影响到现场总线的利用效率。根据连接到现场总线上的设备对现场总线的控制能力的不同，可以分为主从方式和多主方式，在主从方式中，其中一个设备为主设备，其它设备为从设备，由主设备通过命令的方式选择从设备发送和接受信息，从设备间需要交换信息也需要由主设备进行中转，主从式的现场总线通信方式通信效率较低，从设备的实时性不高。而多主方式中，每个设备都可以主动发送信息，每个设备都有机会实时发送和获取信息；但在多主方式的现场总线通信方式中，如果有两个或多个设备同时发送信息，则存在现场总线冲突问题；现有多主方式现场总线解决总线冲突的方法中，一是冲突重发，一但检测到现场总线冲突，则重新发送，如果重新发送后又发生现场总线冲突，就再重新发送，直到发送成功或报错；冲突重发的最大问题就是在现场总线的使用权竞争中发送的数据为无效数据，必须重新发送，这样浪费现场总线资源，降低了现场总线的利用效率，并为设备的实时性带来了不确定因素，二是通过令牌控制现场总线的使用，从而在多主方式下避免现场总线使用的冲突，其主要缺点是需要专门的节点监视和管理令牌，一但令牌丢失整个现场总线就不能工作，三是CAN总线使用的逐位仲裁技术，这种逐位仲裁技术是全帧仲裁比较技术，包含对标识符的判断和对错误的检查等，也就是说，CAN总线的这种技术和CAN总线协议紧密耦合，并由CAN专用芯片加以实现，这种逐位仲裁技术很难用到其它总线上去，同时，CAN总线的逐位仲裁技术在同步通信总线中使用，还未在异步通信总线中使用。

发明人在对现有现场总线使用权仲裁方式技术分析的基础上，提出了多主无损总线竞争技术。该技术能使连接到现场总线的设备都能主动发送信息，如果出现两个及以上的设备同时发送信息，则出现现场总线竞争，在现场总线竞争中获胜的设备继续发送信息，且在竞争过程中发送的信息依然有效，而在竞争中失败的设备则停止发送信息，等到下一次时机再进行现场总线竞争。多主无损总线竞争技术适合同步和异步现在总线，与具体的总线协议无关，具有广泛的适应性。

发明内容

为了提高现场总线的利用效率和加强现场设备控制的实时性，本发明提出了多主无损总线竞争技术，该技术通过检查设备发送和接受的起始位码和首发数据段，来判断设备现场总线使用的优先权，获得现场总线使用权的设备继续使用现场总线，而在现场总线使用权竞争中失败的设备则禁止发送数据，直到上一个设备现场总线使用完毕才允许重新参与现场总线使用权竞争，从而完成由于多个设备主动发送数据出现现场总线冲突时无数据损失的功能。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

使用逻辑电路同时检测连接到现场总线设备的信号发送端口和接收端口的电平；如果信号发送端口和接收端口的电平相同，则表明该设备发送数据和接收数据相同，或总线处于空闲状态；如果信号发送端口和接收端口的电平不同，则表明该设备发送数据和接收数据不一致，或者该设备只接收数据而没有发送数据。