基于以太网的实时控制协议的研究论文.pdfVIP

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集 基于以太网的实时控制协议的研究 李 巨‘ (中国工程物理研究院电子工程研究所9)1I绵阳621900) Protocol 摘要本文提出了一种新的基于以太网的实时控制协议RCPBE(Real-timeControl Based011Ethernet)用以解决以太网传输的不确定性问题，阐述了该协议的基本原理并通过实验证明 了该协议确实能帮助以太网实现实时数据的传输，并提出在RTLinux平台下该协议协议栈的实现方 法。 关键词 以太网实时控制协议RTLinux协议栈 1 引言 以太网是作为目前一种很流行的传输方式，具有成本低廉、技术成熟以及传输速度快等优势， 已成为商业通信中的主导网络技术。因此，人们期望以太网也能应用到实时领域中。但是以太网通 信数据传输时间的不确定性却成为其在实时控领域中应用的主要障碍。以太网产生这种不确定性的 Access Sense Accesswith Multiple 原因，是由于它在MAC(MediaContr01)层采用CSMA／CD(Carrier Collision Detection，带冲突检测的载波侦听多路访问)的媒体访问机制，而该机制可能会导致以太网 上的数据传输冲突。因此，如何避免数据在网络上冲突成为实现以太网实时传输的关键。 目前有多种不同的方案来提高以太网的实时性，比如为增加带宽、改进网络拓扑结构以及交换 式以太网技术等。而本文则提出一种实时以太网解决方案～基于以太网的实时控制协议，该协议的基 本原理是采用主／从模式，在CSMA基础上引入时间槽管理机制，来避免以太网上的冲突问题，实现 以太网上数据的实时传输。 2基于以太网的实时控制协议 基于以太网的实时控制协议的原理是在以太网协议上加一层实时控制层，通过在以太网固定的 传输周期中使用分时槽的方式对数据传输进行限制，实现对以太网中各节点间的通信过程进行控制， 避免冲突的发生。其具体实现方法是将以太网中的所有节点分为两类，一类是管理网络通信的主节 点(MainNode，MN)，另一类是从节点(SlaveNode，SN)；主节点(MN)在整个网络中只有一 个，其功能是在一个等时同步的时间槽内为网络上的从站点(sN)分配发送数据的授权，并通过轮循 方式使网络上的每个节点都得到发送数据的权利；从节点只是在主节点的授权下才能发送数据。 网络上的主从节点间是通过发送实时控制消息的方式进行通信的。实时控制消息类型分为三类： 同步开始消息、请求消息和请求响应消息。针对不同的消息类型，相对应的有三种不同类型的帧： (1)“同步开始帧”，同步各个节点的时间，以广播方式发出；(2)“请求帧”(轮循帧)，主节点 通过“轮循帧”循环地按配置表访问各个从节点，单播方式发送； (3)“请求响应帧”，携带从节点的 数据发送出去，广播方式发送。 +作者简介：李巨(1979．)，男，i四)Jl省绵阳人，助理研究员，主要研究方向为软件工程、嵌入式软件系统仿真及验 证。E-mail：kevin．1j@163．com。 370 基于以太网的实时控制协议的研究 2．1通信周期划分 将一个通信周期分成开始阶段、同步阶段、闲置阶段三个阶段(如图1)。 图l时钟周期划分 开始阶段：主节点在一个周期开始时发布“同步开始帧’’，信号以广播方式发给所有节点，此 信号发出后，各节点就此同步。 同步阶段：这阶段中所有节点进行同步信息交换，主节点按照一个事先定义的顺序给某节点发 一个“请求帧”，要求该节点发布信息，此节点得到发布许可后，以广播形式发出一帧“请求响应帧”， 所有节点都可收到这帧信息，也包括那些应该得到这帧信息的节点，对于不该得到该帧的节点，则 直接将该帧丢弃。当然这就需要每个节点都会对“请求响应帧”进行分析。