一种以太网通信方法和系统与流程

1.本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种以太网通信方法和系统。


背景技术：

2.以太网是一种计算机局域网技术，ieee组织的ieee802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，在各领域中有着广泛的应用，取代了其他局域网技术如令牌环、fddi和arcnet。
3.ethercat(以太网控制自动化技术)工业以太网在节点数增多，数据量增大，负载很重的情况下传输效率搞，使其广泛应用于伺服控制系统。但是，目前伺服控制系统的请求和运算均通过ethercat主站控制器实现。当伺服控制系统的结构很复杂时，ethercat主站控制器会产生较多的处理请求和较大运算需求，进而降低ethercat主站控制器的处理效率。
4.针对上述问题，中国专利申请cn108390940a，公开了一种以太网通讯系统，包括：主站控制器和辅助控制器；所述主站控制器和所述辅助控制器通信连接；所述辅助控制器用于获取外设设备的待处理数据；所述主站控制器用于接收所述辅助控制器发送的处理结果，所述处理结果为所述辅助控制器处理所述待处理数据之后的结果。发明人发现，该方案虽然能够减少主站控制器处理的数据量，但是对于外部设备的待处理数据只是单纯的由主站控制器来处理变成了由辅助控制器来处理，对于这部分数据处理的主体依然只有一个控制器，从数据处理效率上来讲，其与主站控制器来处理的效率是一样的，只是将处理数据的主体进行了更换，数据处理效率依然很低；并且如果辅助控制器出现异常不工作，这将导致外部设备输入的数据处理出现异常，主站控制器接收到的是异常的处理结果，最终导致通信故障。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决现有技术以太网通信系统数据处理效率低并且辅助控制器出现故障的容错性较低的问题，从而提供一种以太网通信方法和系统。
6.为达到上述目的，本发明提供如下方案：
7.第一方面，本发明实施例提供一种以太网通信系统，包括：主站控制器和辅助控制器，所述主站控制器和所述辅助控制器通信连接，所述以太网通信系统包括：
8.数据分配器，与所述主站控制器和所述辅助控制器分别通信连接，用于将外设设备的待处理数据分发给所述主站控制器和所述辅助控制器，所述主站控制器和所述辅助控制器分别处理所接收到的待处理数据；
9.备用控制器，与所述辅助控制器具有相同的结构和作用，分别与所述主站控制器、所述辅助控制器和所述数据分配器分别通信连接，用于在所述辅助控制器故障时启动工作。
10.在一实施例中，所述数据分配器包括：
11.一个数据输入接口，与所述外设设备连接，用于获取外设设备的待处理数据；
12.分配器，与所述数据输入接口连接，用于将所述待处理数据分配成第一路数据和第二路数据，其中，所述第一路数据和所述第二路数据不重叠；
13.第一输出接口，与所述主站控制器通信连接，用于将所述第一路数据发送至所述主站控制器；
14.第二输出接口，与所述分配器、所述辅助控制器分别连接，用于将所述第二路数据发送至所述辅助控制器；
15.第三输出接口，与所述分配器、所述备用控制器分别连接，用于将所述第二路数据发送至所述备用控制器。
16.在一实施例中，所述数据分配器还包括：
17.选通模块，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述第一输入端与所述分配器连接，所述第一输出端与所述第二输出接口连接，第二输出端与所述第三输出接口连接，所述选通模块用于控制所述分配器与所述第二输出接口以及所述分配器与所述第三输出接口之间的选通。
18.在一实施例中，所述辅助控制器包括：
19.处理器、数字编码解码器，模拟编码解码器，通信装置；
20.所述处理器分别与所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器、所述通信装置电连接；
21.所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器用于对所述待处理数据进行解码处理；
22.所述处理器用于对解码后的待处理数据进行处理并生成数据处理结果，然后将所述数据处理结果发送至所述通信装置；
23.所述通信装置用于将所述数据处理结果上传至主站控制器。
24.在一实施例中，所述辅助控制器还包括：
25.断线检测模块，用于在检测到断线信号时生成报警信号；
26.过载保护模块，与所述处理器电连接。
27.在一实施例中，所述数据分配器还包括：
28.时钟发生器，与所述主站控制器、所述辅助控制器、所述备用控制器相连，用于产生稳定的时钟信号；
29.时序控制器，与所述分配器、所述时钟发生器分别相连，用于对操作信号施加时间控制；
30.系统控制器，与所述分配器相连，用于确定通信数据的输入输出状态。
31.第二方面，本发明实施例提供一种以太网通信方法，所述方法包括如下步骤：
32.数据分配器接收外设设备的待处理数据；
33.数据分配器对数据进行分配并发送给主站控制器、辅助控制器和备用控制器；
34.当辅助控制器运行正常时，辅助控制器对接收到的所述数据进行处理，并上传到主站控制器；
35.当辅助控制器出现故障时，备用控制器对接收到的所述数据进行处理，并上传到
主站控制器；
36.本发明技术方案，具有如下优点：本发明提供了一种以太网通信方法和系统，通过利用数据分配器将外设设备输入的数据分配给主站控制器和辅助控制器，使主站控制器和辅助控制器可以共同处理输入数据，大大提高了数据处理效率。
37.另一方面，在系统中增设备用控制器，在辅助控制器出现故障时，可以及时更换为备用控制器对辅助控制器分配到的数据进行处理，避免了系统因辅助控制器出现故障导致系统瘫痪，提高了以太网系统的故障容错性和应急能力。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例提供的一种以太网通信系统结构示意图；
40.图2为现有技术中数据分配原理图；
41.图3位本发明实施例提供的一种以太网通信方法流程图。
具体实施方式
42.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
46.实施例1
47.本发明实施例提供一种以太网通信系统，如图1所示，包括：主站控制器10和辅助控制器20，所述主站控制器10和所述辅助控制器20通信连接，所述以太网通信系统包括：
48.数据分配器30，与所述主站控制器10和所述辅助控制器20分别通信连接，用于将外设设备的待处理数据分发给所述主站控制器10和所述辅助控制器20，所述主站控制器10和所述辅助控制器20分别处理所接收到的待处理数据；
49.数据分配器是由与门组成的阵列，用于将一个数据源来的数据根据需要送到多个不同的通道上去，如图2所示，数据分配器的作用相当于多个输出的单刀多掷开关，数据分配器可以用唯一地址译码器实现，例如，用3线-8线译码器可以把一个数据信号分配到8个不同的通道上去。由于译码器和数据分配器的功能相近，因此译码器也可通过改接组成另一种数据分配器，在实际应用中，根据条件选择数据分配器，本发明在此不做限定。
50.备用控制器40，与所述辅助控制器20具有相同的结构和作用，分别与所述主站控制器10、所述辅助控制器20和所述数据分配器30分别通信连接，用于在所述辅助控制器20故障时启动工作。
51.备用控制器作为辅助控制器故障时的预备方案，具有和辅助控制器一样的结构和作用，当辅助控制器出现故障时，备用控制器代替辅助控制器进行数据处理，并将处理结果上传至主站控制器。
52.作为一种可选的实施方式，备用控制器也可以是作为主站控制器的预备方案，即，备用控制器具有和主站控制器一样的结构和作用，当主站控制器出现故障时，备用控制器代替主站控制器进行数据处理。
53.作为进一步可选的实施方式，备用控制器也可以是作为主站控制器或者辅助控制器的预备方案，即，当主站控制器和辅助控制器中任意一个出现故障时，备用控制器作为它的预备方案，代替该故障控制器进行数据处理。在实际应用中可以根据需求对备用控制器进行设定，本发明并不以此为限。
54.本发明实施例通过设置数据分配器和备用控制器，利用数据分配器将外设设备输入的数据分配给主站控制器和辅助控制器，使主站控制器和辅助控制器可以共同处理输入数据，大大提高了数据处理效率，同时增设备用控制器，在辅助控制器出现故障时，可以及时更换为备用控制器对辅助控制器分配到的数据进行处理，避免了系统因辅助控制器出现故障导致系统瘫痪，提高了以太网系统的故障容错性和应急能力。
55.作为一种可选的实施方式，所述数据分配器包括：
56.一个数据输入接口，与所述外设设备连接，用于获取外设设备的待处理数据；
57.分配器，与所述数据输入接口连接，用于将所述待处理数据分配成第一路数据和第二路数据，其中，所述第一路数据和所述第二路数据不重叠；
58.第一输出接口，与所述主站控制器通信连接，用于将所述第一路数据发送至所述主站控制器；
59.第二输出接口，与所述分配器、所述辅助控制器分别连接，用于将所述第二路数据发送至所述辅助控制器；
60.第三输出接口，与所述分配器、所述备用控制器分别连接，用于将所述第二路数据发送至所述备用控制器。
61.备用控制器作为辅助控制器的备用装置，处理的数据应与辅助控制器相同，因此第三输出接口用于传输第二路数据。当备用控制器作为主站控制器的备用装置时，备用控制器连接的输出接口传输第一路数据；当备用控制器作为主站控制器或辅助控制器的备用装置时，备用控制器连接的输出接口传输第一路数据和/或第二路数据。在实际应用中可以根据需求对备用控制器进行设定，本发明并不以此为限。
62.本发明实施例中，利用第三输出接口传输备用控制器所需的数据，有利于在辅助
控制器出现故障时，备用控制器及时对第二路数据进行处理并上传，避免了系统因辅助控制器出现故障导致系统瘫痪，提高了以太网系统的故障容错性和应急能力。
63.在一实施例中，所述数据分配器还包括：
64.选通模块，包括第一输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述第一输入端与所述分配器连接，所述第一输出端与所述第二输出接口连接，第二输出端与所述第三输出接口连接，所述选通模块用于控制所述分配器与所述第二输出接口以及所述分配器与所述第三输出接口之间的选通。
65.在使用过程中，当辅助控制器处于正常运行状态时，选通模块开启第一输出端端口，将分配器分配的第二路数据通过第一输出端端口发送至辅助控制器；当辅助控制器处于非正常运行状态时，选通模块开启第二输出端端口，将分配器分配的第二路数据通过第二输出端端口发送至备用控制器。
66.本发明实施例中，通过利用选通模块，判断将第二路数据发送至辅助控制器还是备用控制器，避免了因辅助控制器故障导致数据缺失，从而引起的系统瘫痪，提高了辅助控制器出现故障的容错性，同时也提高了系统的应急处理能力。
67.作为一种可选的实施方式，所述辅助控制器包括：
68.处理器、数字编码解码器，模拟编码解码器，通信装置；
69.所述处理器分别与所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器、所述通信装置电连接；
70.所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器用于对所述待处理数据进行解码处理；
71.所述处理器用于对解码后的待处理数据进行处理并生成数据处理结果，然后将所述数据处理结果发送至所述通信装置；
72.所述通信装置用于将所述数据处理结果上传至主站控制器。
73.数字编码解码器可包括绝对式编码解码器和增量式编码解码器，数字编码解码器具体包括依次电连接的编码器芯片、信号处理电路和阻抗匹配电路；处理器可以利用soc芯片实现相应的功能，当然处理器也可以使用fpga芯片、mcu芯片等，本发明在此不做限定。
74.本发明实施例利用数字编码解码器和模拟编码解码器对待处理数据进行解码并发送至处理器，处理器对解码后的数据进行处理，生成处理结果，再由通信装置将生成的处理结果上传至主站控制器，实现了辅助控制器分担主站控制器工作量的目的，提高了数据处理效率。
75.作为一种可选的实施方式，所述辅助控制器还包括：
76.断线检测模块，用于在检测到断线信号时生成报警信号；
77.过载保护模块，与所述处理器电连接。
78.当分配器，与数据输入接口接触不良时，断线检测模块检测到断线信号，并生成报警信息，报警信息可以是声光报警；
79.过载保护模块用于保护辅助控制器内各个模块的使用安全，一般可以通过加装空气开关或熔断器实现，具体可以根据实际情况进行选择，本发明在此不做限定。
80.本发明实施例通过设置断线检测模块和过载保护模块，保证了以太网系统的电路安全。
81.作为一种可选的实施方式，所述数据分配器还包括：
82.时钟发生器，与所述主站控制器、所述辅助控制器、所述备用控制器相连，用于产生稳定的时钟信号；
83.时序控制器，与所述分配器、所述时钟发生器分别相连，用于对操作信号施加时间控制；
84.系统控制器，与所述分配器相连，用于确定通信数据的输入输出状态。
85.时钟发生器是用来产生时钟信号的器件，在以太网系统中，所有的组件随时钟信号同步进行运算过程，只有通过时钟发生器的控制，系统装置才能精确处理数字信号，若时钟不稳定，则容易造成数字信号传送上的失误，甚至导致系统崩溃，常用的时钟发生器包括：晶体振荡器、rc振荡器等，本发明在此不做限定。时序控制器对各种操作信号的产生时间、稳定时间、撤销时间及相互之间的关系做了严格的要求，严格的时序控制可以保证各功能部件组合有序运行。
86.本发明实施例利用时钟发生器产生稳定的时钟信号，便于时序控制器对各种操作信号进行有序控制，同时，增设系统控制器，监控数据的输入输出状态是否正常，保证了整个以太网通信系统有序高效地运行。
87.实施例2
88.本实施例提供一种以太网通信方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：
89.步骤s501,数据分配器接收外设设备的待处理数据；
90.步骤s502,数据分配器对数据进行分配并发送给主站控制器、辅助控制器和备用控制器；
91.步骤s503,当辅助控制器运行正常时，辅助控制器对接收到的所述数据进行处理，并上传到主站控制器；
92.步骤s504,当辅助控制器出现故障时，备用控制器对接收到的所述数据进行处理，并上传到主站控制器。
93.本发明实施例通过利用数据分配器将外设设备输入的数据分配给主站控制器和辅助控制器，使主站控制器和辅助控制器可以共同处理输入数据，大大提高了数据处理效率。同时在系统中增设备用控制器，在辅助控制器出现故障时，可以及时更换为备用控制器对辅助控制器分配到的数据进行处理，避免了系统因辅助控制器出现故障导致系统瘫痪，提高了以太网系统的故障容错性和应急能力。
94.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。