工业现场总线多协议路由器及多协议转换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网信息转换技术领域，尤其涉及一种工业现场总线多协议路由器及多协议转换方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术与工业技术的高度融合，网络、计算机技术、信息技术、软件与自动化技术的深度交织产生新的价值模型。在制造领域，这种资源、信息、物品和人相互关联的“虚拟网络-实体物理系统(Cyber-PhysicalSystem，CPS)”，德国人称其为“工业4.0”，而美国也相应提出“工业互联网”的概念。无论是哪种情形，无一例外都将互联互通作为其体系的基石，其精髓在于网络延伸的极大化，打通产、销任督二派，产销信息快速整合沟通，打造智慧工厂。从工厂角度来看，智慧工厂不仅是达到工厂自动化，远程监控制程，确保生产顺畅，还可协助制造业者整合各厂生管、物管及仓管，实时排配产能的需求与规模，避免大兴土木之余，同时迅速提高产能，满足客制化订单的实时生产需求。不可讳言的是，现场总线通讯协议百家争鸣，布建工业以太网络并非易事，此外，打造智慧工厂必须以既有的设备、系统为基础。目前工厂自动化市场由西门子(Siemens)、洛克威尔(Rockwell)、Beckhoff等工业自动化大厂所主导，这些大厂经长期的可靠度及稳定性验证，此生态不太可能有变化，因此工业以太网络使用的网络协议标准便需至少兼容于这些大厂所制定的PR0FINET、PROFIBUS、EtherNet/IP、DeviceNet、EtherCAT等多种通讯协议。目前要让众多的智能单元互相连接起来却不是件容易的事情，因为存在太多的标准和协议，久已存在的各种产品的通讯方式和接口根据不同的厂家可能完全不同，即使剔除价格等方面的因素，产品通讯的兼容性也是问题重重。
[0003]业界的实际情况是多种总线共存，如果算上一些相对应用较少的总线在内，至少也得有40种，每种总线都有其产生的背景和应用领域，并且不同领域的自动化需求又各有其特点。其中比较著名的包括 Profibus/Profinet、EtherCAT> Ethernet/IP、WorldFIP、CC-LINK>Devicenet、FF、Lonfforks>ControlNet、SERC0S_111 等。
[0004]每种总线都以企业或联盟做为支撑，有的是以一个或几个大型跨国公司为背景，由此公司的利益与总线的发展息息相关。由于利益驱动和竞争等因素，很多国外大公司将其发布的总线嵌入到自己的产品中，较少考虑兼容其它总线。或者以ASIC的形式提供总线应用产品，价格昂贵，技术封闭。典型情况如Profibus/Profinet、CC-LINK等。
[0005]由于互联网和物联网的发展和现实需求，大量的智能设备面临互联互通的要求。查看资料会发现，这些著名的工业现场总线，大多数都不兼容目前流行的Ethernet，更别说随处可见的“TCP/IP” 了。在“工业4.0”和“工业互联网”的大背景下，非常有必要设计一种多协议转换路由器，能够使信息在采用不同工业协议的设备单元之间传输。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:针对目前工业互联网普遍采用多种总线协议的现状，本发明提供了一种工业现场总线多协议路由器及多协议转换方法构建一个兼容更多的协议，实现各种异构产品之间的互联互通，为各种需要快速实现互联互通的应用提供有效的实施保障。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种工业现场总线多协议路由器，包括主控芯片、EEPROM和多个通讯链路，所述EEPROM与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路均与所述主控芯片连接，所述多个通讯链路分别具有一个通讯端口。
[0008]作为低速板块，所述多个通讯链路包括RS232链路、RS485链路、RS422链路、Modbus链路、CAN链路、Profibus链路和10M以太网链路，所述主控芯片为Cortex_A8芯片。
[0009]作为高速板块，所述多个通讯链路包括EtherCAT链路、Ethernet/IP链路、Profinet链路、SERC0S_III链路、NTCIP链路、CC-LINK链路，所述主控芯片为Cortex_A8芯片。
[0010]作为输入输出板块，所述多个通讯链路包括I/O链路，A/D采样链路，eCAP链路，PWM链路和IXD/LED链路，所述主控芯片为DSP芯片。
[0011]将蓝牙和WIFI设计成单独的二次模块，所述主控芯片通过SPI或者UART串口连接有蓝牙通讯模块和/或WIFI通讯模块，所述主控芯片还连接有至少一路SPI或者CAN端口，用于两个以上的工业现场总线多协议路由器之间的通讯。
[0012]一种基于所述的工业现场总线多协议路由器的多协议静态映射转换法，包括以下步骤:
51、根据每个通讯链路的总线类型配置相应的协议栈，为每个工业现场总线多协议路由器分配一个6位的母地址，为每个通讯端口分配一个10位的子地址，则所述通讯端口的逻辑起始地址=((母地址〈〈10+子地址)〈〈16)，进而分配所述端口的读取数据空间和写入数据空间；
52、为每个通讯端口分配一个配置表，所述配置表包括所述通讯端口对应的协议WD、协议名称、协议地位、数据类型、母地址、子地址、读取数据空间、写入数据空间和协议动作指令集；
53、针对每两个采用不同的总线类型的通讯端口建立一个中介表，所述中介表包括源协议WD、目标协议WD、协议动作执行规则、校验机制和错误报告模块；
54、通过静态映射将通讯数据从协议A转换至协议B:采用协议A的通讯端口 A作为源端口，采用协议B的通讯端口作为目标端口，调用通讯端口 A和通讯端口 B对应的配置表A、配置表B和中介表A-B，首选根据校验机制对通讯数据进行校验，如果通讯数据不合格则停止静态映射并且通过错误报告模块进行反馈，如果通讯数据合格则根据通讯数据的实际状态从配置表A中的协议动作指令集A中查到符合中介表A-B中的协议动作执行规则A-B的动作指令并予以实施，从而将源端口的读取数据空间中的通讯数据映射到目标端口的写入数据空间中。
[0013]作为优选，通过以下步骤实现两个工业现场总线多协议路由器之间的通讯，其中两个工业现场总线多协议路由器分别为源板块和目标板块:
55、首先通过静态映射将源板块的源端口中的数据映射到源板块的CAN端口上，然后通过29位ID识别将数据传输到目标板块的CAN端口上，其中29位ID中，6位作为源板块的母地址，10位作为源板块的CAN端口子地址，6位作为目标板块的母地址，其余保留。
[0014]一种基于所述的工业现场总线多协议路由器的多协议动态映射转换法，包括以下步骤:
R1、根据每个通讯链路的总线类型配置相应的协议栈，为每个工业现场总线多协议路由器分配一个6位的母地址，为每个通讯端口分配一个10位的子地址，则所述通讯端口的逻辑起始地址=((母地址〈〈10+子地址)〈〈16)，进而分配所述端口的读取数据空间和写入数