基于RS422接口的備份測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、引言

在復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中，有時(shí)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)設(shè)備同時(shí)開(kāi)機(jī)，同時(shí)接收終端設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)需求采用通信協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好以及成本較低的RS422總線方式實(shí)現(xiàn)。RS422總線是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(shí)，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(duì)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(jì)

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

圖1 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)小標(biāo)

3、系統(tǒng)工作流程

主輔設(shè)備同時(shí)工作時(shí)，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(jì)

通信過(guò)程中，終端設(shè)備通過(guò)RS422端口按查詢(xún)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(jì)

4.1.1 查詢(xún)通信幀格式

查詢(xún)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(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)命令到主輔設(shè)備，主設(shè)備在接收到每個(gè)字節(jié)后返回到終端設(shè)備，輔設(shè)備則無(wú)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(wú)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(xún)通信數(shù)據(jù)幀格式

幀格式

幀頭

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

識(shí)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(guò)數(shù)據(jù)幀格式將每一個(gè)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(shí)別符

數(shù)據(jù)區(qū)

校驗(yàn)和

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

幀尾

字節(jié)數(shù)

2

7

200

1

2

2

4.2 設(shè)計(jì)考慮

4.2.1 數(shù)據(jù)幀判別

設(shè)置后臺(tái)監(jiān)視線程，主輔設(shè)備同時(shí)不間斷接收終端設(shè)備傳輸信號(hào)，接收到信號(hào)后，判斷是否為單字節(jié)，若是單字節(jié)則延時(shí)20毫秒繼續(xù)接收。20毫秒后若沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)則進(jìn)入查詢(xún)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(shí)需在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)間間隔上進(jìn)行限制，當(dāng)接收和發(fā)送時(shí)間超過(guò)時(shí)間間隔，就認(rèn)為本次通信失敗。程序立即回到通信程序開(kāi)始，并清空緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)繼續(xù)查詢(xún)接收;終端設(shè)備若在規(guī)定時(shí)間未收到返回確認(rèn)信號(hào)，也立即返回到通信程序開(kāi)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(shí)接收終端設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，因?yàn)榻邮站€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(hào)時(shí)，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(shí)間時(shí)，輔設(shè)備才開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。此時(shí)，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(jì)中接收線程采用中斷查詢(xún)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(shí)接收終端設(shè)備中斷數(shù)據(jù)幀格式時(shí)，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(shí)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(xún)通信流程

查詢(xún)通信工作流程如圖4所示。

圖4 查詢(xún)通信工作流程

4.3.2 中斷查詢(xún)混合通信流程

中斷查詢(xún)混合通信工作流程如圖5所示。

圖5 中斷查詢(xún)混合通信工作流程

5、結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通信時(shí)，通過(guò)主設(shè)備單獨(dú)應(yīng)答終端設(shè)備信號(hào)命令，主輔設(shè)備能很好的同時(shí)接收終端設(shè)備數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)備份。經(jīng)過(guò)分析，這種按照RS422總線方式進(jìn)行連接的備份測(cè)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(mén)限電平值。因此，這種連接設(shè)計(jì)的主輔備份測(cè)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(jiǎn)單、構(gòu)造方便、成本較低的優(yōu)點(diǎn)更具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

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