[发明专利]一种适用于工业控制现场的多主机通讯总线系统

说明书

本发明公开了一种适用于工业控制现场的多主机通讯总线系统，其基于多组差分信号，使用一组差分信号传输时钟，使用一组或多组信号传输数据，能够以并行方式传输数据；本发明的总线传输了发送方的时钟，因此接收方不需要再从数据信号中恢复和提取时钟信号，仅使用普通的移位寄存器就能实现数据的接收，降低了信号同步的硬件复杂度，也增加了最长传输单元的长度。使用该总线进行数据传输时，硬件设计均较为简单，能够在现用硬件基础上进行复用。

技术领域

本发明属于总线通讯技术领域，具体涉及一种适用于工业控制现场的多主机通讯总 线系统。

背景技术

工业控制总线系统是工业控制系统现场广泛使用的一种总线系统，它主要针对工业 控制现场优化，具有较强的抗干扰性。目前广泛应用的工业控制总线包括RS232、RS485、CAN等。其中RS232是一种点对点通讯总线，RS485是一种基于差分信号的单主多从总 线，CAN是一种差分信号的多主多从总线。

随着工业现场设备复杂性的增加，点对点、单主多从类型的总线在冗余性、连接复杂性上无法满足新的需求，因此越来越多的工业控制系统要求使用多主多从总线，但CAN等串行多主多从总线属于串行传输总线，存在传输效率较慢、需要接收方进行同步、最 长传输字长较短等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于工业控制现场的多主机通 讯总线系统，它基于多组差分信号，能够以并行方式传输数据，并且可以传输较长长度的数据而不需要从机进行信号的同步。使用该总线进行数据传输时，硬件设计均较为简单，能够在现用硬件基础上进行复用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于工业控制现场的多主机通讯总线系统：

使用多组差分信号作为物理层传输方式，其中“1”为显性电位，当差分总线上具有电压差时，视为数据“1”；“0”为隐性电位，当差分总线上没有电压差时，视为数据 “0”，当总线无外部驱动时，将保持隐性电位；

使用一组差分信号传输时钟，使用一组或多组信号传输数据；

数据帧发送过程：当主机准备发送数据时，首先监听总线是否处于空闲状态，如果处于空闲状态则主机使用标准时钟驱动时钟信号线，并向总线发送N1个时钟周期的数据“0”，作为帧起始部分；接下来的N1个时钟周期，主机通过异或门监测自己的发送信 号与接收信号是否一致，如果一致，表示总线上无冲突，如果不一致，表示一个与本机 时钟信号相差较大的主机也在占用总线，最先监测到这一事件的主机会放弃总线的占用， 并转到监听状态；如果连续N1个时钟周期主机保持对总线的占用，则主机继续驱动时钟 信号向总线传输N2个周期数据“1”，然后依次传输本机地址、目的地址，在此阶段中， 主机会在传输本机地址、目的地址时启动异或校验，如果本地驱动信号与总线实际信号 不一致，表示有一个时钟信号与本机相差较小的主机也在占用总线，传输信息仍然保持 正确的主机会保持对总线的占用，否则将放弃对总线的控制权；如果主机仍具有对总线 的控制权，主机将在接下来的N3个周期传输帧信息部分；传输完帧信息部分后，主机调 整时钟为高速时钟，并在该时钟下快速传输有效数据；有效数据传输完成后，主机切换 回标准时钟，并在该时钟下传输校验码部分；最后，主机驱动时钟线N4个时钟周期，并 按照从机采样边沿对总线数据采样，作为帧应答部分保存到缓存中；

数据帧接收过程：当从机接收数据时，如果出现超过N1/4个时钟周期连续数据“0”的传输，表示传输已开始，从机将持续监听直至总线上出现N2个周期数据“1”，此时 从机认为已经接收到正确的帧起始部分，准备接受进一步帧数据；如果从机接收到了正 确的帧起始部分，在接下来的若干个时钟周期，依次接收地址部分、帧信息部分、数据 部分和校验部分，当校验部分最后一个时钟的数据传输完毕，从机开始驱动总线的数据 线部分，并在主机的时钟驱动下将应答信息驱动到总线上，而后从机将置位接收标志位， 并由本地时钟驱动的电路进行进一步的数据处理。