[发明专利]一种高速可配置工业协议转换器

说明书

本发明属于总线协议转换技术领域，涉及一种高速可配置工业协议转换器，采样FPGA芯片技术，包括第一串口控制器及第一串口控制器依次连接的接收组帧模块、协议转换模块、发送组帧模块和第二串口控制器；所述第一串口控制器和第二串口控制器，用于收发不同类型的工业现场总线数据；接收组帧模块，用于接收串口控制器发出的不同类型的工业现场总线数据的源协议帧，并进行校验，完成协议组帧；协议转换模块，用于提取源协议帧中的设备地址信息、功能码信息、数据写入到目标协议帧的相应位置；发送组帧模块，用于将目标协议帧计算出校验后，进行发送。本发明具有可灵活配置，支持多种协议互转且协议转换时延短达纳秒ns级别和时延固定的优点。

技术领域

本发明涉及总线协议转换技术领域，尤其涉及一种高速可配置工业协议转换器。

背景技术

工业自动化控制系统拥有提高效率、节能降耗、节省人力成本、促进产业升级的明显效果，未来发展潜力巨大，而工业控制系统大多由多种厂家的工业设备组合而成，各厂家设备遵循的协议不同。在工业控制系统中，现场总线是普遍使用的一项通信技术，相较于其他的工业控制通信技术，从各种指标上来说可以很好的满足工业控制领域中对于监控的实时性、稳定性等要求，但是多种现场总线标准并存是现场总线的一个最大的特点。这种多种现场总线标准并存的现状在未来仍将保持，因此，要实现不同厂家、不同种类的产品，几乎所有工业控制设备都支持一种到多种现场总线协议，成熟的现场总线技术已广泛应用于很多领域，然而，很难用一种总线协议替代所有的总线协议，这涉及到总线协议之间的互转，即不同通信协议之间的转换，它能方便快速地实现对不同生产现场的控制设备进行组网，便于集中监控。现有的工业协议转换都是一对一的，比如Modbus-ASCII转Hostlink，并出厂就固定了，不可配置，而且现有的工业协议转换器目前主要基于高处理灵活性的通用处理器如CPU等实现协议转换，但是由于工业协议处理数据量大，而且基于指令流的通用处理器处理效率低，导致通用处理器80%以上的资源集中在协议本身的处理，而协议内容处理资源占用较少，并且转换时延长（微秒us级别）。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种高速可配置工业协议转换器，其具体技术方案如下。

一种高速可配置工业协议转换器，采样FPGA芯片，包括：第一串口控制器、接收组帧模块、协议转换模块、发送组帧模块和第二串口控制器，所述第一串口控制器依次连接接收组帧模块、协议转换模块、发送组帧模块和第二串口控制器；

所述第一串口控制器和第二串口控制器，用于收发不同类型的工业现场总线数据；

所述接收组帧模块，用于接收串口控制器发出的不同类型的工业现场总线数据的源协议帧，并进行校验，完成协议组帧；

所述协议转换模块，用于提取源协议帧中的设备地址信息、功能码信息、数据写入到目标协议帧的相应位置；

所述发送组帧模块，用于将目标协议帧计算出校验后，进行发送。

进一步的，所述接收组帧模块包括：状态机模块及状态机模块依次连接的校验模块、控制选择模块和接收组帧RAM；所述状态机模块根据源协议帧的帧头、帧尾、数据长度以及状态机模块使能校验模块对源协议帧进行校验的结果来执行状态转移，通过控制选择模块输出相应的控制信息，将源协议帧写入接收组帧RAM，并给出组帧完成指示后进行数据映射处理。

进一步的，所述状态机模块包括第一状态机、第二状态机和第三状态机；所述第一状态机根据对Profibus、PPI协议的设定执行状态转移，所述第二状态机根据对Modbus RTU协议的设定执行状态转移，所述第三状态机根据对Mewtocol（ASCII），Modbus ASCII，Hostlink，FINS协议的设定执行状态转移。

进一步的，所述第一状态机根据对Profibus、PPI协议的设定执行状态转移，具体包括如下步骤：

1）复位进入STATE_IDLE1状态；