基于Powerlink的以太网实时控制

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1、基于PowerLink的以太网实时控制一、概述Powerlink由贝加莱B&R公司开发，并由EthernetPowerlink标准化组（EthernetPowerlinkStandardisationGroup，EPSG）支持。Powerlink协议对第三、四层的TCP（UDP）/IP栈进行了扩展。它在共享式以太网网段上采用槽时间通信网络管理（SlotCommunicationNetworkManagement，SCNM）中间件控制网络上的数据流量。SCNM采用主从调度方式，每个站只有在收到主站请求的情况下，才能发送实时数据。因此，在一个

2、特定的时间，只有一个站能够访问总线，所以没有冲突，从而确保了通信的实时性。POWERLINK的开发者通过一个轮询及时间槽机制扩展以太网协议栈，没有针对IEEE802.3进行妥协和折中，因此，制造商和用户可以依赖于标准Ethernet硬件，它们可以继续保留标准芯片的应用，设备和下部构造的组件，以及标准测试和检测系统，所有高层协议，基于IP的协议，如TCP,UDP及其它上层协议也可以无需修改仍然使用，但是，由于在MAC上增加了调度层，在实时通信中，与Internet的兼容性变差，且无法使用路由，可以在增强其时钟同步的基础上，将调度层放到应用层

3、，如此可通过打补丁的方式与Internet互联。二、PowerLinkEPL软件架构图1EPL结构图移植需修改模块：�EthernetDriver(Edrv*.c)�VirtualEthernetDriver(VirtualEthernet*.c)�Timermodules(EplTimeru*.c,EplTimerHighResk*.c)�CommunicationAbstractionLayer�SharedBuffer（SharedBuff.c,ShbIpc-LinuxKernel.c）�partsofEPLAPILayer(Epl

4、Api*.c)�Bigorlittleendianchange(amibe.c)三、实时性实现A、同步通信同步通信就是要求接受端得时钟频率和发送端得时钟频率相等，这常称为收发双方的时钟是同步的，以便使接受端对收到的比特流的采样判决的时间是准确的。当收发双方的时钟不是精确同步时，在接受端对收到的码元进行判决的时间就会逐渐向前或向后移动。当接收端得判决点移动的时间超过码元宽度的一半时（本来判决点应当处于每一个码元的中间），就要产生差错（比特重读或漏读），这就是所谓的滑动。严格的同步通信是用一个非常精确的主时钟负责全网的同步，全网的其他所有的时

5、钟频率都来自这个主时钟的频率。异步通信则采用另一种方法。这就是在发送端将欲发送的数据以字节（8比特）为单位进行逐个字节的封装，即对每一个字节增加一个起始比特和一个停止比特，共10个比特，然后将这10比特的数据单元一一发送出去。接收端得时钟并没有和发送端得时钟同步，但接受端每收到一个起始比特。因此，即使接收端的时钟不太准确，只要他能够保证接受10个比特就行（如果在判决第10个比特采样点的移动已超过半个比特的宽度，那么这种低精度的时钟就不能使用），异步通信是通过增加通信开销（每发送10个比特就有两个比特的额外开销）使接收端能够使用廉价的、具有

6、一般精度的时钟来进行数据通信。异步通信也包含某种意义上的同步通信。B、PowerLink工作模式ETHERNETPowerlink有2种工作模式即保护模式（ProtectedMode）和开放模式（OpenMode）。保护模式：能运行循环时间最小到200祍，抖动总是小于1祍的控制系统。通过桥路或路由器将网络的实时段和开放IT网络分离以避免数据冲突，通过桥路进行访问能保证最大的安全性。开放模式：ETHERNETPowerlink通信协议可应用于一个开放的、交换式的网络，以IEEE1588用于时间同步，在实时网络和IT网络之间不需隔离，这种模式

7、只适用于循环时间为ms级和低到中等定时要求的控制系统。C、实时性实现所谓确定性的通信过程是指它具有一个精确的可预测的定时，也就是什么时候数据报文到达接收者，生成响应数据和需要多长时间来传送该数据报文，都是可预测和确定的。它应用等时间同步原理，等时同步是一种数据传送方法，即在每一个精确的总线时钟周期内，确保传送实时数据。通过构建同步信道，实现控制系统的采样同步，使用具有同步信道的等时控制网络，在等时控制网络中，网络通信周期与所有网络节点的数据更新周期相同（注意：通信周期内包含多个时间帧）。控制网络的同步信道能保证运动控制器发出的实时报文能够

8、等周期地、同时地到达各个伺服控制器，因此，利用实时报文的到达时刻作为伺服控制器的采样时刻，就可以实现控制系统的采样同步。PowerLink便是利用SCNM（slotcommunicationn