[发明专利]一种通信节点、基于通信节点的通信链路及其工作方法

摘要

本发明公开了一种通信节点、基于通信节点的通信链路及其工作方法；通信节点包括：控制单元，所述控制单元设有485端口、网口和若干串口，所述串口均通过电平转换电路与高速差分总线连接，所述485端口和网口用于与外界设备连接。本发明基于高速串口的以太网协议栈，在节点增加串口转发接口，采用级联连接方式，方便实现链路拓展。配合波特率自适应技术，可以灵活稳定的适用于电力隧道通信的各种距离。节点上设计有网口、485等扩展接口，可实现各种设备接入。以此为基础，可以方便的搭建一条可靠灵活高速的通信链路，从而实现了网络设备的接入。

主权项

1.基于通信节点的通信链路的工作方法，其特征是，基于通信节点的通信链路，包括：若干通信节点，通信节点彼此之间通过高速差分总线连接，通信节点还通过高速差分总线与节点管理器连接，所述节点管理器通过TCP/IP总线与平台连接，所述通信节点还与外部设备连接；通信节点，包括：控制单元，所述控制单元设有485端口、网口和若干串口，所述串口均通过电平转换电路与高速差分总线连接，所述485端口和网口用于与外界设备连接，所述控制单元为ARM芯片；配合波特率自适应，适用于电力隧道通信的各种距离；通信节点上设计有网口和485端口，能实现各种设备接入；所述方法包括如下步骤：步骤(1)：在通信链路的每个通信节点搭建高速上行串口通路和下行串口通路；所述通信节点具备高数据吞吐能力，波特率达到5Mbps；步骤(2)：每个通信节点对高速上行串口通路和下行串口通路数据进行分帧处理；所述每个通信节点通过STM32F4XX芯片来实现分帧处理；步骤(3)：通信链路的每个通信节点实现交换机功能，接收到数据后，根据目标MAC地址和数据类型对数据帧进行处理或转发；所述交换机功能包括外接设备和数据转发；所述步骤(3)的步骤，具体实现如下：步骤(31)：通信链路上的通信节点根据收到数据帧中的源MAC地址建立源MAC地址同通信节点端口的映射，并将映射写入MAC地址表中；步骤(32)：通信节点将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，依据比较结果选择对应端口进行处理或转发；若目的MAC地址与串口端对应的MAC地址表中的地址一致，则将数据帧交予协议栈进行处理；若目的MAC地址与网口端对应的MAC地址表中的地址一致，则进一步判断网口端与外部连接设备是否连接成功，若成功则将数据帧转发给对应的外接设备，若未连接成功则不转发；若目的MAC地址不在MAC地址表中，则向通信节点的所有端口转发数据帧；所述通信节点端口包括：串口端和网口端；所述MAC地址表包括串口端对应的MAC地址表和网口端对应的MAC地址表；所述协议栈采用LWIP轻量级嵌入式协议栈；高速串口通路的数据连续不断的高速发送，而网络接入设备的以太网数据是以包为单位分帧发送的，所以必须对高速串口数据进行分帧处理，以实现串口数据和以太网数据的稳定可靠转换；通信节点采用STM32F4XX芯片，通过芯片的DMA空闲中断方式进行数据的接收，由于帧间隔的存在，每收完一帧数据后，通知CPU进行处理；保证通信节点的CPU不必频繁进入通信节点对数据进行处理，从而实现将从串口接收到的数据进行分帧处理；STM32F4XX是基于CORTEX‑M4A内核的一款ARM芯片；在数据帧发送时，同样采用DMA空闲中断方式，要求至少有一个字节空闲时间，在进行数据发送时，一包数据必须连续发送，不允许出现间隔，防止发送过程中CPU被打断导致的数据不连续的情况。