工業(yè)以太網(wǎng)進階篇，實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)實時性

工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用很多，但在應(yīng)用過程中，工業(yè)以太網(wǎng)存在一些問題需要解決，如如何保證工業(yè)以太網(wǎng)的實時性。為幫助大家解決該問題，本文將對工業(yè)以太網(wǎng)的實時性實現(xiàn)加以探討。如果你對工業(yè)以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

實時表示系統(tǒng)在一個確定時間內(nèi)處理外部事件。實時系統(tǒng)的特點是，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差將會引起嚴(yán)重后果的系統(tǒng)。有兩種類型的實時系統(tǒng)：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。在軟實時系統(tǒng)中系統(tǒng)的宗旨是使各個任務(wù)運行得越快越好，并不要求限定某一任務(wù)必須在多長時間內(nèi)完成。在硬實時系統(tǒng)中，各任務(wù)不僅要執(zhí)行無誤而且要做到準(zhǔn)時。大多數(shù)實時系統(tǒng)是二者的結(jié)合。實時系統(tǒng)的應(yīng)用涵蓋廣泛的領(lǐng)域，而多數(shù)實時系統(tǒng)又是嵌入式的。這意味著計算機建在系統(tǒng)內(nèi)部，用戶看不到有個計算機在系統(tǒng)里面。實時通信的一般要求：

確定性的響應(yīng);

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的響應(yīng)時間<=5ms;

以太網(wǎng)實時通信應(yīng)對設(shè)備處理器造成小的負(fù)擔(dān)，以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。以太網(wǎng)最早由Xerox(施樂)公司創(chuàng)建，在1980年，DEC、lntel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)成為一個標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)是應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)，包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(10Mbit/s)、快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太網(wǎng)，采用的是CSMA/CD訪問控制法，它們都符合IEEE802.3。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(biāo)準(zhǔn)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下圖。

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(dāng)大的改觀，而且處理器負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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。

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(biāo)準(zhǔn)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。

實時協(xié)議保證了周期數(shù)據(jù)和事件控制消息(警報)的高性能傳輸。它分為三種類型見上圖。

實時類型1：適合周期數(shù)據(jù)傳輸;對所有使用的交換機沒有特殊要求。

實時類型2：適合中斷數(shù)據(jù)和周期數(shù)據(jù)傳輸，此時需要工業(yè)交換機，然而，在組態(tài)的時候還不需要對通信進行規(guī)劃。

實時類型3：適合運動控制應(yīng)用的周期數(shù)據(jù)傳輸。這個時候需要工業(yè)交換機，而且還需要對通信進行明確的規(guī)劃。

在沒有實時性需求的數(shù)據(jù)，可以在標(biāo)準(zhǔn)的通道上傳輸見表2

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