基于RS422接口的備份測試系統(tǒng)設(shè)計

1、引言

在復(fù)雜現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境中，有時需要對現(xiàn)場工作設(shè)備進(jìn)行備份，提供一套與工作設(shè)備完全相同的設(shè)備，提高設(shè)備的應(yīng)急處理能力和工作任務(wù)完成的的靠性。在這種備份方式中，主輔兩臺設(shè)備同時開機(jī)，同時接收終端設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)需求采用通信協(xié)議簡單、容錯能力強(qiáng)、安全性好以及成本較低的RS422總線方式實現(xiàn)。RS422總線是一種點對點傳輸總線，它定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，在傳輸速率低于100kb/s時，其傳輸距離可達(dá)1200米。RS422傳輸協(xié)議屬于單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，只對接口電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議，可在此基礎(chǔ)上建立高層通信協(xié)議進(jìn)行通信。

2、系統(tǒng)接口設(shè)計

為使主輔設(shè)備互為備份，需要主輔設(shè)備同時接收數(shù)據(jù)、主設(shè)備應(yīng)答終端設(shè)備信號命令，而輔設(shè)備不應(yīng)答終端設(shè)備信號命令。主輔設(shè)備與終端設(shè)備通過RS422端口連接方式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)接口設(shè)計小標(biāo)

3、系統(tǒng)工作流程

主輔設(shè)備同時工作時，系統(tǒng)工作流程如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)工作流程框圖

4、軟件設(shè)計

通信過程中，終端設(shè)備通過RS422端口按查詢通信方式和中斷通信方式與主輔設(shè)備進(jìn)行通信。

4.1 數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計

4.1.1 查詢通信幀格式

查詢通信幀格式如表1所示，按照單字節(jié)握手方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：終端設(shè)備按照單字節(jié)信號傳輸方式發(fā)送信號命令到主輔設(shè)備，主設(shè)備在接收到每個字節(jié)后返回到終端設(shè)備，輔設(shè)備則無應(yīng)答。終端設(shè)備在確認(rèn)接收字節(jié)與發(fā)送字節(jié)無誤后繼續(xù)發(fā)送幀中下一字節(jié)數(shù)據(jù)到主輔設(shè)備。

表1 查詢通信數(shù)據(jù)幀格式

幀格式

幀頭

數(shù)據(jù)長度

識別符

代碼

幀尾

字節(jié)數(shù)

3

2

2

1

1

4.1.2 中斷通信數(shù)據(jù)幀格式

中斷通信數(shù)據(jù)幀格式如表2所示，按照中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：設(shè)備通過數(shù)據(jù)幀格式將每一個字節(jié)順序發(fā)出，接收方以中斷方式進(jìn)行接收，根據(jù)幀格式判斷是否收到完整數(shù)據(jù)幀。

表2 中斷通信數(shù)據(jù)幀格式

幀格式

幀頭

識別符

數(shù)據(jù)區(qū)

校驗和

數(shù)據(jù)長度

幀尾

字節(jié)數(shù)

2

7

200

1

2

2

4.2 設(shè)計考慮

4.2.1 數(shù)據(jù)幀判別

設(shè)置后臺監(jiān)視線程，主輔設(shè)備同時不間斷接收終端設(shè)備傳輸信號，接收到信號后，判斷是否為單字節(jié)，若是單字節(jié)則延時20毫秒繼續(xù)接收。20毫秒后若沒有接收到數(shù)據(jù)則進(jìn)入查詢通信格式進(jìn)行單字節(jié)握手接收，否則進(jìn)入中斷通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

4.2.2 通信同步

4.2.2.1 主輔設(shè)備與終端設(shè)備數(shù)據(jù)接收同步

主輔設(shè)備與終端設(shè)備通信時需在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時間間隔上進(jìn)行限制，當(dāng)接收和發(fā)送時間超過時間間隔，就認(rèn)為本次通信失敗。程序立即回到通信程序開始，并清空緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)繼續(xù)查詢接收;終端設(shè)備若在規(guī)定時間未收到返回確認(rèn)信號，也立即返回到通信程序開始，并清空緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù),重新發(fā)送數(shù)據(jù)，接收雙方重新同步。

4.2.2.2 主設(shè)備與輔設(shè)備接收同步

主設(shè)備與輔設(shè)備同時接收終端設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，因為接收線程都是程序子線程，因此當(dāng)主設(shè)備接收并應(yīng)答終端設(shè)備信號時，輔設(shè)備接收線程可能存在未同步接收的情況，當(dāng)主設(shè)備與終端設(shè)備通信到一定時間時，輔設(shè)備才開始接收數(shù)據(jù)。此時，輔設(shè)備接收線程進(jìn)入中斷通信方式。

因此在程序設(shè)計中接收線程采用中斷查詢混合接收方式，判別幀格式不屬于中斷通信幀格式后，采用單字節(jié)格式繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

4.2.3 丟幀處理

主輔設(shè)備同時接收終端設(shè)備中斷數(shù)據(jù)幀格式時，需考慮到主輔設(shè)備間接收線程同步性，判別接收數(shù)據(jù)時是否存在丟幀現(xiàn)象。

4.3 接收工作線程

軟件接收參數(shù)工作線程如圖3所示。

圖3 軟件接收工作線程

4.3.1 查詢通信流程

查詢通信工作流程如圖4所示。

圖4 查詢通信工作流程

4.3.2 中斷查詢混合通信流程

中斷查詢混合通信工作流程如圖5所示。

圖5 中斷查詢混合通信工作流程

5、結(jié)論

經(jīng)過實驗驗證，通信時，通過主設(shè)備單獨應(yīng)答終端設(shè)備信號命令，主輔設(shè)備能很好的同時接收終端設(shè)備數(shù)據(jù)并存儲備份。經(jīng)過分析，這種按照RS422總線方式進(jìn)行連接的備份測試方法雖然降低了總線輸出電平差值，但輸出電平仍然遠(yuǎn)大于RS422規(guī)定的200mv門限電平值。因此，這種連接設(shè)計的主輔備份測試系統(tǒng)很好的滿足了數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)通信傳輸要求,而其結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)造方便、成本較低的優(yōu)點更具有無可比擬的優(yōu)勢。

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