1、引言

　　在復雜現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境中，有時需要對現(xiàn)場工作設備進行備份，提供一套與工作設備完全相同的設備，提高設備的應急處理能力和工作任務完成的的靠性。在這種備份方式中，主輔兩臺設備同時開機，同時接收終端設備數(shù)據(jù)，根據(jù)需求采用通信協(xié)議簡單、容錯能力強、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1200米。RS422傳輸協(xié)議屬于單機發(fā)送、多機接收的單向、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，可在此基礎上建立高層通信協(xié)議進行通信。

　　2、系統(tǒng)接口設計

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

　　圖1 系統(tǒng)接口設計小標

　　3、系統(tǒng)工作流程

　　主輔設備同時工作時，系統(tǒng)工作流程如圖2所示：

　　圖2 系統(tǒng)工作流程框圖

　　4、軟件設計

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

　　4.1 數(shù)據(jù)幀格式設計

　　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)握手方式進行數(shù)據(jù)傳輸：終端設備按照單字節(jié)信號傳輸方式發(fā)送信號命令到主輔設備，主設備在接收到每個字節(jié)后返回到終端設備，輔設備則無應答。終端設備在確認接收字節(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，按照中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸：設備通過數(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 設計考慮

　　4.2.1 數(shù)據(jù)幀判別

　　設置后臺監(jiān)視線程，主輔設備同時不間斷接收終端設備傳輸信號，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)則進入查詢通信格式進行單字節(jié)握手接收，否則進入中斷通信方式進行數(shù)據(jù)接收。

　　4.2.2 通信同步

　　4.2.2.1 主輔設備與終端設備數(shù)據(jù)接收同步

　　主輔設備與終端設備通信時需在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時間間隔上進行限制，當接收和發(fā)送時間超過時間間隔，就認為本次通信失敗。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;終端設備若在規(guī)定時間未收到返回確認信號，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 主設備與輔設備接收同步

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

　　因此在程序設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)進行數(shù)據(jù)接收。

　　4.2.3 丟幀處理

　　主輔設備同時接收終端設備中斷數(shù)據(jù)幀格式時，需考慮到主輔設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、結論

　　經(jīng)過實驗驗證，通信時，通過主設備單獨應答終端設備信號命令，主輔設備能很好的同時接收終端設備數(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，但輸出電平仍然遠大于RS422規(guī)定的200mv門限電平值。因此，這種連接設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，而其結構簡單、構造方便、成本較低的優(yōu)點更具有無可比擬的優(yōu)勢。