[发明专利]一种基于PCI‑E接口的大规模PLC高速背板总线系统

说明书

技术领域

本发明属于高速背板总线技术领域，特别涉及一种基于PCI-E接口的大规模PLC高速背板总线系统。

背景技术

随着电子技术、计算机技术、通信网络控制技术和工业自动化控制技术的飞速发展和日益普及，在工业控制系统领域中，诞生于上世纪60年代的可编程逻辑控制器(PLC)的功能日益强大，已经由传统的单机PLC控制/网络通信朝向网络化大规模PLC系统发展，在轨道交通、石化等领域已出现万点以上大规模PLC系统的应用需求。

PLC背板总线的实现是PLC系统向大型化方向发展的一个技术难点。PLC系统通常采用传统的串行通信技术实现背板总线，串行总线可以提高在恶劣的工厂和工业环境下自动化设备的可靠性。传统的串行通信技术的包括CAN、I²C、UART、SPI、USB和以太网等，一般来说，很多作为PLC系统主芯片的处理器自身都集成了这些外设部件。但是处理器内部集成的I²C、UART、SPI等外设通信速率太慢，根本不能满足底板总线的通信速率要求。USB和以太网的通信速度虽然很快，但由于它们都是通用的接口，在通信协议处理时需要处理器的干预，处理器处理速度较慢，因此整体通信速度仍然很慢。

针对上述现状，国内外著名生产商所使用的大规模PLC系统背板总线大都是基于公开的总线协议进行个性化的修改和设计，并出于商业的目的对背板总线技术的具体实现方法进行保密，因此对PLC系统高速背板总线实现技术无相关报道。同时，国内外知名PLC系统公司推出了众多产品，但由于PLC系统生产商都各自独立进行背板总线的开发工作，使得不同厂商间的兼容性不强，用户无法根据实际的工业环境自行配置不同厂商的模块，并且对特定厂商的PLC产品的依赖性强，而且传输速度不高、价格上昂贵。

PLC系统主机是通过背板总线支持扩展模块的连接，背板总线是CPU处理器同I/O模块之间的高速数据通路，支持CPU和扩展模块之间的高速数据通路和I/O数据刷新。背板总线技术水平决定了PLC系统的I/O扩展能力，是PLC系统设计的核心技术。特别是大型的PLC系统需要采集上千点I/O数据的处理时间极短，要满足如此高速的通信要求必须采用新型高性能总线技术。

随着总线接口技术的发展，传统共享总线的数据传输方式已不能满足日益增多的设备互联需求，新型高性能总线技术逐渐获得市场的关注。在传统共享总线的体系结构中，所有设备都争用总线带宽，因此，设备越多，每个设备可用的带宽就越少，从而带来严重的总线瓶颈。在互联领域中，使用交换互联总线代替并行总线是大势所趋，在这种点对点的交换式总线结构中，数据传输是基于包格式的，不需要地址寄存器映射，每个设备通过网络连接到其他设备，大量设备可同时通信，提高了系统带宽。与传统的单端并行信号相比，交换互联信号可以使用更高时钟频率，从而使用更少的信号线来完成需要许多单端并行数据信号才能达到的总线带宽。除此之外，传统并行传输技术由于引脚多，带来了一定的电气和机械特性等问题，使信号频率和信号传输距离受到限制。新型高性能总线大多采用了串行I/O技术，由于互联信号线数量的减少，消除了由并行总线带来的信号偏移问题。

PCI Express技术是第三代高性能I/O总线，在PCI和PCI-X总线的基础上进行了根本性的变革，实现了新的飞跃，提供了高速率、高性能、点到点的、双单工链路。采用串行差分信号来连接PCI Express端点设备，支持芯片到芯片、板卡到板卡间的通讯，并且突破了关键难题，已经走出实验室，正在努力推进产业化的发展，是作为大规模PLC背板连接技术的极佳选择。

发明目的

本发明的目的是为了解决大规模PLC系统高速背板总线的实现问题，而提出一种可从多个端点设备获取事务数据，处理器运行用户程序处理经过大规模可编程逻辑阵列解码后的事务数据，从而得到相应处理结果，并且能将处理得到的结果通过背板总线链路发送至端点设备的基于PCI-E接口的大规模PLC系统高速背板总线系统。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种基于PCI-E接口的大规模PLC系统高速背板总线系统，是通过下述技术方案实现的。

包括至少一个基于PCI-E接口的CPU模块和至少一个基于PCI-E接口的端点设备，所述的CPU模块和端点设备通过同一个PCI Express背板总线互相连接并通信，CPU模块和端点设备的事务数据通过PCI-E接口数据包的方式在背板总线中进行路由传输；