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)具有一個可預知的響應。實時通信的一般要求:
確定性的響應;
標準應用的響應時間<=5ms;
以太網(wǎng)實時通信應對設(shè)備處理器造成小的負擔,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。
層 |
任務(wù) |
標準通信 |
實時通信 |
7 |
處理 |
DCOM/RPC |
- |
6 |
表示 |
- |
- |
5 |
通訊 |
套結(jié)字接口 |
- |
4 |
傳輸 |
傳輸控制協(xié)議TCP/用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議UDP |
- |
3 |
網(wǎng)絡(luò) |
網(wǎng)際協(xié)議IP |
- |
2 |
數(shù)據(jù)鏈路 |
以太網(wǎng)驅(qū)動 |
實時協(xié)議/等時同步實時協(xié)議 |
1 |
比特傳輸 |
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器 |
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器 |
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。它分為三種類型見圖3
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),可以在標準的通道上傳輸見表2
標準通道 |
標準數(shù)據(jù) |
設(shè)備參數(shù)化 |
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診斷數(shù)據(jù)讀取 |
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互聯(lián)數(shù)據(jù)加載 |
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非周期數(shù)據(jù)交換 |
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傳輸用戶數(shù)據(jù)的通信通道的協(xié)商 |
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實時通道 |
-實時類型1、2 |
用戶數(shù)據(jù)高性能傳輸 |
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周期數(shù)據(jù)交換 |
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通過事件控制的數(shù)據(jù)交換 |
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-實時類型3 |
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高性能數(shù)據(jù)傳輸 |
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等時同步數(shù)據(jù) |
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抖動時間<1uS |