[0001] 本实用新型涉及工业通信领域，更具体地说，它涉及一种高灵活性模块化的现场总线。

[0002] 现场总线(Fieldbus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前，成熟的现场总线解决方案如Ethercat、profinet等都需要大量复杂的配置、使用平台性能需求高，使用它们不仅需要大量时间学习与实践，还需要使用其厂家授权的硬件设备，兼容性较差，并且该类总线不能根据使用需求来配置不同规格性能的模块，无法适用于不同场合下的使用需求。

[0003] 因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。实用新型内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高灵活性模块化的现场总线，具有具有高灵活性、强平台适配性的优点。

[0005] 本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高灵活性模块化的现场总线，包括控制模块、分别与控制模块电性连接的配置模块、上层接口模块、通信工作模块、数据路由模块以及下层接口模块，所述上层接口模块包括若干不同规格的上层接口单元，所述通信工作模块包括若干不同通讯模式的通讯单元，所述数据路由模块包括若干不同规格的数据路由单元，所述下层接口模块包括若干不同规格的下层接口单元，所述配置模块用于选择配置任意一个上层接口单元、任意一个通讯单元、任意一个数据路由单元以及任意一个下层接口单元与控制模块连通，以形成现场总线，所述配置模块上设置有用于连接外部上位机的上层用户接口。

[0006] 在其中一个实施例中，所述若干不同规格的上层接口单元分别为DMA单元、DDR单元和SRAM单元。

[0007] 在其中一个实施例中，所述若干不同通讯模式的通讯单元分别为ACT通讯单元、PRC通讯单元和PRES通讯单元。

[0008] 在其中一个实施例中，所述若干不同规格的数据路由单元分别为基础数据路由单元和进阶数据路由单元。

[0009] 在其中一个实施例中，所述若干不同规格的下层接口单元分别是Ethernet下层接口单元、485下层接口单元和422下层接口单元。

[0010] 在其中一个实施例中，还包括状态与监控模块，所述状态与监控模块分别与控制模块、配置模块、上层接口模块、通信工作模块、数据路由模块和下层接口模块电性连接。

[0011] 综上所述，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型可根据外部平台的不同使用需求选配各模块中的对应单元以降低配置的复杂度、平台性能的高要求性，灵活的应用于不用的设备与平台上，用户不必再局限于平台性能的不足、平台接口的不足，让用户在功能与性能之间有权衡的空间，大幅节约了调试和学习的成本。

[0014] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

[0015] 如图1所示，本申请的实施例提供了一种高灵活性模块化的现场总线，包括控制模块2、分别与控制模块2电性连接的配置模块1、上层接口模块3、通信工作模块4、数据路由模块5以及下层接口模块6。所述上层接口模块3是用于连接用户上游设备与本实施例的现场总线的转接口，所述上层接口模块3包括若干不同规格的上层接口单元。所述通讯工作模块用于将上游设备的数据以所需的方式发送给控制模块2进而可以被下游设备所接收，所述通信工作模块4包括若干不同通讯模式的通讯单元。所述数据路由模块5对数据进行细分路由，以不同的协议栈发送不同的数据，所述数据路由模块5包括若干不同规格的数据路由单元。所述下层接口模块6是现场总线与物理层传输间的转接口，使得现场总线的数据帧能够被物理层传输，所述下层接口模块6包括若干不同规格的下层接口单元。所述配置模块1用于选择配置任意一个上层接口单元、任意一个通讯单元、任意一个数据路由单元以及任意一个下层接口单元与控制模块2连通，以形成现场总线，所述配置模块1上设置有用于连接外部上位机的上层用户接口。

[0016] 需要注意的是，所述控制模块2可以是基于FPGA设置的标准模块，也可以是其他微处理器，FPGA属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、全局数字时钟模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核以及底层内嵌功能单元；所述配置模块1、上层接口模块3、通信工作模块4、数据路由模块5以及下层接口模块6分别具有收发端，并通过收发端与控制模块2连接，从而使得控制模块2可以向其余各模块发送信号，其余各模块也可向控制模块2反馈信号；所述上位机可以是计算机，配置模块1中具有多个寄存器，根据使用需求，通过计算机配置这些寄存器即可实现各模块中各单元的选择，进而控制现场总线的运行方式，其中，上位机控制配置模块1的具体方式采用现有技术，在本实施例中不做赘述。

[0017] 工作时，将上游设备与上层接口模块3连接、下游设备与下层接口模块6连接、上位机与用户接口连接，用户根据使用需求通过上位机向配置模块1输入选择指令，控制模块2控制通过选择指令配置并选定上层接口模块3中的一个上层接口单元、通讯工作模块中的一个通讯单元、数据路由模块5中的一个数据路由单元、下层接口模块6中的一个下层接口单元，形成总线系统，实现上游设备和下游设备的通信连接。

[0018] 上述方式，可根据外部平台的不同使用需求选配各模块中的对应单元以降低配置的复杂度、平台性能的高要求性，灵活的应用于不用的设备与平台上，用户不必再局限于平台性能的不足、平台接口的不足，让用户在功能与性能之间有权衡的空间，大幅节约了调试和学习的成本。

[0019] 在上述基础上，所述若干不同规格的上层接口单元分别为DMA单元、DDR单元和SRAM单元。

[0020] 需要注意的是，所述DMA表示直接存储器，可以允许不同速度硬件装置的沟通，而不需要依赖于控制模块2的大量中断负载，其可以实现数据从一个地址空间复制到另一个地址空间；

[0021] 所述DDR表示双倍速率同步动态随机存储器，其应用了较为先进的同步电路，使指定地址、数据的传送和输出主要步骤既独立执行，又保持与控制模块2的完全同步；

[0022] 所述SRAM表示静态随机存取存储器，所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持，然而，当电力供应停止时，SRAM储存的数据还是会消失。

[0023] 具体的，所述DMA单元包括用于承载DMA的第一子卡以及与第一子卡电性连接的第一通信接口；所述DDR单元包括用于承载DDR的第二子卡以及与第二子卡电性连接的第二通信接口；所述DMA单元包括用于承载DMA的第三子卡以及与第三子卡电性连接的第三通信接口，所述第一子卡、第二子卡和第三子卡均采用现有技术，所述第一通信接口、第二通信接口和第三通信接口均可采用1349B、USB2.0、USB3.0等接口。

[0024] 具体的，其中，数据交互性能最强为DDR单元，其次为DMA单元，最次为SRAM单元。

[0025] 上述方式中，使用时可根据数据交互性能的强弱选择与之匹配的上层接口单元，以匹配最佳的设备平台性能要求。

[0026] 在上述基础上，所述若干不同通讯模式的通讯单元分别为ACT通讯单元、PRC通讯单元和PRES通讯单元。

[0027] 具体的，ACT为先进通信技术的简称，其包括具有ACT通信模式的第一通信模块；PRC为基准主时钟高精度、高稳度时钟，该时钟经同步分配网分配给各级时钟，其包括具有PRC通信模式的第二通信模块；PRES的意思为即时通信，其包括具有PRES通信模式的第三通信模块。其中，第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块均采用现有技术，其具体实施方式在本实施例中不做赘述。

[0028] 上述方式中，在ACT通信模式下，上游设备可以通过总线选择本通信周期只与某些下游设备节点通信，而下一个通信周期又可以灵活的切换通信节点，通过在每个通信周期降低通讯节点数的方式提高通信效率；在PRC模式下，上游设备可经总线通过一个数据帧与多个设备节点通信，以单帧复用的方式提高通讯效率；在PRES模式下，设备节点可设置为只接收不响应模式以降低通讯量。

[0029] 在上述基础上，所述若干不同规格的数据路由单元分别为基础数据路由单元和进阶数据路由单元。

[0030] 具体的，所述基础数据路由单元围小功率的路由模块，所述进阶数据路由单元为大功率的路由模块。

[0031] 在上述基础上，所述若干不同规格的下层接口单元分别是Ethernet(以太网)下层接口单元、485下层接口单元和422下层接口单元。可以适用于多种接口，以提高现场总线的平台适用性。

[0032] 在上述基础上，还包括状态与监控模块7，所述状态与监控模块7分别与控制模块2、配置模块1、上层接口模块3、通信工作模块4、数据路由模块5和下层接口模块6电性连接。
状态与监控模块7用于检测各模块的运行状态，其具体采用现有技术，在本实施例中不做赘述。

[0033] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。