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          如何設(shè)計工業(yè)以太網(wǎng)的實時性

          作者: 時間:2011-06-02 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          實時表示系統(tǒng)在一個確定時間內(nèi)處理外部事件。確定性意味著系統(tǒng)具有一個可預(yù)知的響應(yīng)。實時通信的一般要求:

          確定性的響應(yīng);

          標準應(yīng)用的響應(yīng)時間=5ms;

          以太網(wǎng)實時通信應(yīng)對造成小的負擔,因此處理器的主要任務(wù)是處理用戶程序而不是通訊翻譯的工作,同時應(yīng)減量減少通訊時間。圖1表明了哪些因素影響通訊周期。

          實現(xiàn)通信的一種方式使用標準通信協(xié)議,例如TCP/IP或者UDP/IP等,然而使用它們會帶來缺點:幀過載會增加幀的長度,因而會引起線路上傳輸時間的增加見圖2。此外,對應(yīng)的通信棧需要占用處理器相對長一點的計算時間,因而會導(dǎo)致發(fā)送周期增加。

          通過對發(fā)送器和接收器的通訊棧的優(yōu)化,可以使更新率有相當大的改觀,而且處理器負載也會相應(yīng)減少。然而,對通信棧的運行時間的優(yōu)化也就意味著此時的TCP/IP通訊棧不再是一種標準協(xié)議,而只是一種專門的實現(xiàn)方式了,對UDP/IP實現(xiàn)的使用也是同樣。

          然而第三層和第四層的協(xié)議只是適合部分的周期交換數(shù)據(jù),對于這種應(yīng)用,建議使用遵照ieee802.3制定優(yōu)化第二層協(xié)議。這是唯一的局限就是:由于沒有使用第三層協(xié)議,所以就會失去路由功能。但是作為工業(yè)一級以太網(wǎng)設(shè)計中盡量不要設(shè)計路由器,因為這會大大降低通信速度。

          例如profinet就使用了優(yōu)化的通信通道進行實時通信,因此保證了一個網(wǎng)絡(luò)中不同站點之間在一個極短的時間段內(nèi)進行時間要求苛刻的數(shù)據(jù)傳輸。

          通過軟件方案或者使用特殊的硬件,可以在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)控制器上實現(xiàn)實時通信通道。該通道基于ISO/OSI參考模型的第二層見表1。此處數(shù)據(jù)包的尋址不是通過IP地址來實現(xiàn)的,而是使用接受設(shè)備的MAC地址。實時通信允許精確限定(預(yù)測)傳輸時間,并能保證其它標準協(xié)議TCP/IP可以在同一個網(wǎng)絡(luò)上使用而不會產(chǎn)生問題。



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