工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)POWERLINK的性能優(yōu)點(diǎn)
林建平
發(fā)布于2022-11-21 18:09
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標(biāo)簽:以太網(wǎng)
Ethernet Powerlink 通過(guò)修改網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧取代傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧,并使用時(shí)間片輪詢過(guò)程取代CSMA/CD機(jī)制,從根本上解決了傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間不確定的問(wèn)題。正是由于Powerlink完全丟掉了TCP/IP,定義了一個(gè)精簡(jiǎn)的、實(shí)時(shí)性極高的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,同時(shí)定義了CANopen為應(yīng)用層協(xié)議,這樣用戶在實(shí)現(xiàn)了Powerlink的同時(shí),也實(shí)現(xiàn)了CANopen(CANopen是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議,為應(yīng)用程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口,使得不同的設(shè)備與應(yīng)用程序之間有統(tǒng)一的訪問(wèn)方式)。
Powerlink 具有的優(yōu)點(diǎn)如下:
1)Powerlink協(xié)議棧全部開(kāi)源,因此又稱為 open Powerlink,開(kāi)放性好,無(wú)須授權(quán),無(wú)須購(gòu)買(mǎi)。
2)Powerlink基于標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng),無(wú)須專用的ASIC芯片,有以太網(wǎng)的地方,就可以實(shí)現(xiàn)Powerlink,硬件平臺(tái)可以多種多樣(ARM,F(xiàn)PGA,DSP,X86等),不依賴于某一個(gè)公司。
3)Powerlink速度快,支持10Mbit/s/100Mbit/s/1000Mbit/s的以太網(wǎng)。因?yàn)镻owerlink是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的,所以,以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步,Powerlink的技術(shù)就會(huì)同步進(jìn)步。
4)Powerlink性能卓越,使用價(jià)格低廉的FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)Powerlink,性能也能達(dá)到100~200μs 的循環(huán)周期。
5)Powerlink 支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,如交換機(jī)、集線器等。支持所有以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使得布線更自由、更靈活。
6)Powerlink是IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也是中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
7)實(shí)現(xiàn)成本低。如果用戶的產(chǎn)品以前是基于ARM平臺(tái),一般ARM芯片都會(huì)帶有以太網(wǎng),這樣用戶無(wú)須增加任何硬件成本就可以在產(chǎn)品中集成Powerlink,用戶所付出的只是把Powerlink 的程序集成到應(yīng)用程序中,而Powerlink的源程序又是開(kāi)放且免費(fèi)的。用戶可以購(gòu)買(mǎi)普通的以太網(wǎng)控制芯片(MAC)來(lái)實(shí)現(xiàn)Powerlink的物理層,如果用戶想采用FPGA的解決方案,Powerlink 提供開(kāi)放源碼的 openMAC。這是一個(gè)用VHDL(通用硬件描述語(yǔ)言)實(shí)現(xiàn)的基于FPGA的 MAC,同時(shí)Powerlink又提供了一個(gè)用VHDL實(shí)現(xiàn)的openHUB,支持16個(gè)端口。如果用戶的網(wǎng)絡(luò)需要做冗余,如雙網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等,就可以直接在FPGA中實(shí)現(xiàn),易于實(shí)現(xiàn)且成本很低。此外由于基于FPGA的方案,從MAC到數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)的通信,Powerlink采用了DMA(直接內(nèi)存訪問(wèn)),因此速度更快。
8)支持熱插拔熱插拔意味著從正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)上拔除或插入設(shè)備,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)的變化。在某些應(yīng)用場(chǎng)合,系統(tǒng)不能斷電,如果不支持熱插拔,即使小機(jī)器一部分被替換,都會(huì)不可避免地導(dǎo)致高成本的空轉(zhuǎn)和過(guò)多的啟停次數(shù)。支持熱插拔帶給用戶兩個(gè)重要的好處是當(dāng)模塊增加或替換時(shí),無(wú)須重新配置,在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)中替換或激活一個(gè)新模塊不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓,系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)工作。配置管理是Powerlink系統(tǒng)最重要的一部分,它能本地保存自己和系統(tǒng)中所有其他設(shè)備的配置數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)加載它們。這個(gè)特性可以幫助實(shí)現(xiàn)即插即用,這使得初始安裝和設(shè)備替換非常簡(jiǎn)單。另一方面,Powerlink 允許無(wú)限制的即插即用,正是因?yàn)樵撓到y(tǒng)集成了CANopen機(jī)制,新設(shè)備只需插入,就可立即工作。
9)組網(wǎng)靈活由于Powerlink的物理層采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng),因此以太網(wǎng)支持的所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)它都支持,而且可以使用集線器和交換機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,這使得用戶組網(wǎng)非常靈活,例如,菊花鏈形、樹(shù)形、星形、環(huán)形等。