На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Сетевые технологии в системах реального времени

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 04.09.2012. Сдан: 2012. Страниц: 9. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО  «Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика  М. Ф. Решетнева»
(СибГАУ) 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат
по  дисциплине: “ системы  реального времени”
на  тему: “ сетевые  технологии в системах реального времени” 
 
 
 
 
 
 
 

                                                           Выполнил: Чистякова А. Б.
                                                                             Гр. ИУЗУ-91
Проверил: Котельникова С. В. 
 
 

Красноярск 2012 

Содержание
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1. Сетевые технологии в системах реального времени
1.2. Сетевая технология ASI5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.3. Потокол промышленной сети MODBUS5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4. Протокол промышленной сети World-FIP6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5. Сетевой стандарт CAN7
1.5.1. Принципы построения7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6. Промышленная шина PROFIBUS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Список используемой литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение
       В системах реального времени, особенно производственного типа, в последние годы находят широкое применение сетевые технологии. Область их применения – сложные объекты и технологические процессы, состоящие из множества распределённых подсистем, характеризующихся высокими требованиями к качеству управления.
       К промышленным сетям предъявляются жесткие требования по модульности, надёжности, защите от внешних помех, простоте в построении, монтаже и программировании логики работы.
     Основными достоинствами промышленных сетей  являются недорогие линии и надежность передачи данных. Данные передаются последовательно  бит за битом, как правило, по одному физическому каналу (одному проводнику). Такой режим передачи не только экономит кабельное оборудование, но и позволяет  решать задачи по надежной передаче данных на большие расстояния. Время передачи, однако, увеличивается пропорционально  длине битовой строки.
     В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на два  уровня:
·         Field level – промышленные сети этого уровня решают задачи по управлению процессом производства, сбором и обработкой данных на уровне промышленных контроллеров;
·         Sensor/actuator level – задачи сетей этого уровня сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных механизмов.
     Таким образом, необходимо различать промышленные сети для системного уровня – уровня промышленных контроллеров (field busses), и датчикового уровня (sensor/actuator busses).
    Датчиковые (sensor/actuator – датчик/исполнительное устройство) сети объединяют внешние устройства технологического процесса: датчики, измерительные преобразователи, переключатели, приводы и т.п. Они используются для опроса датчиков и управления работой разнообразных исполнительных механизмов. По шине sensor/actuator передаются значения измеряемых величин, состояния переключателей, управляющие сигналы на привод и т.п. В зависимости от области применения к сетям датчикового типа могут предъявляться повышенные требования к времени реакции (от 1мс), следовательно, и к времени передачи данных фиксированного объёма. Ещё одно требование – низкая стоимость среды передачи и интерфейса для подключения датчика (по крайней мере меньше стоимости самого датчика). Типичными представителями датчиковых сетей являются: ASI (Actuator Sensor Interface); CANbus; FF(Foundation Fieldbus); Profibus-DP, DA.
    На  уровне промышленных контроллеров на основании собранной на датчиковом уровне информации решаются задачи по управлению процессом на уровне производственного участка. По шине этого уровня передаются уже обработанные данные, при этом предъявляются высокие требования к времени обмена данными. Эти требования обеспечиваются высокой скоростью передачи данных, что приводит к высокой стоимости шины. Типичными представителями промышленных сетей этого уровня являются:Bitbus, Profibus, LON, WorldFIP, CAN.
    Наиболее  развитые протоколы промышленных сетей, такие как CAN, Profibus, FF, могут работать и на датчиковом уровне и на уровне промышленных контроллеров.
    Объединение в одну цифровую сеть нескольких устройств  – это только начальный шаг  к эффективной и надежной работе системы связи между ними. В  дополнение к аппаратным требованиям  предъявляется также ряд программных. Там, где системы связи, или сети, гомогенные (однородные), то есть объединяют устройстве от одного производителя, эти  проблемы, как правило, решены. Но когда  речь идет о построении сети из устройств  различных производителей – эти  проблемы обретают множественный характер.
    Системы, являющиеся уникальными (их делает и  поддерживает только один производитель), работающие по уникальным протоколам связи, получили название "закрытых систем" (closed/proprietary systems), большинство таких систем зародилось во времена, когда проблема интеграции изделий других производителей не считалась актуальной.
    "Открытые  системы" (open systems) приводят в соответствие специфические требования интересам всех. Только при использовании принципов открытых систем интеграция изделий разных производителей в одну сеть может быть решена без особых проблем.
    Типичные  представители открытых промышленных сетей:
·         PROFIBUS-FMS (Profibus-Fieldbus Message Specification)
·         BITBUS
    Типичные  открытые сенсорные (датчиковые) сети:
·         ASI (Actuator/Sensor Interface)
·         Interbus-S
·         PROFIBUS-DP (Profibus-Distributed Periphery)
·         SERCOS interface
    Типичные  открытые сети для обоих уровней  применения:
·         CAN (Controller Area Network)
·         FIP (Factory Instrumentation Protocol)
·         LON (Local Operating Network)
    Рассмотрим  насколько конкретных сетевых решений  для СРВ, представляющих наибольший интерес по их популярности на рынке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Сетевые технологии в системах реального времени
1.2. Сетевая технология ASI
    Основная  задача этой сети – связать в  единую информационную структуру устройства самого нижнего уровня распределенной системы автоматизации, а именно: датчики и разнообразные исполнительные механизмы, имеющие соответствующий  сетевой интерфейс. Название описываемой  сети раскрывает ее предназначение: Actuator Sensor Interface (ASI) – интерфейс с датчиками и исполнительными механизмами.
    Тенденция в построении распределенных систем автоматизации имеет явное стремление использовать технологии сквозного  сетевого доступа. Система должна увязывать  в сеть не только контроллеры, но уже  желательно и датчики. Но эта увязка должна удовлетворять всем современным  требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой промышленной сети.
    Сеть  ASI эти задачи решает. С ее помощью можно строить системы, в которых датчики и контроллеры связаны одной сетью. При этом сеть ASI имеет шлюзы в другие промышленные сети: PROFIBUS, INTERBUS-S и другие.
    Топологией  ASI-сети может быть линия, кольцо или дерево. Длина сегмента до 100м. За счет повторителей длину сети и число узлов можно увеличивать. Цикл опроса для 31 узлов укладывается в 5 мс.
    Логическим  центром любой топологии является MASTER-узел, который контролирует всю  работу сети, организует обмен данными  с программируемым логическим контроллером. ASI-MASTER оформляется в виде отдельной платы контроллера или компьютера. Максимальное число узлов к одному MASTER-узлу – 31.
    В качестве среды передачи используется пара обычных проводников. Скорость передачи ограничена до 167 Кбод. Сегодня  появился специальный ASI-кабель, в котором оба проводника упакованы в специальную мягкую резиновую оболочку, которая делает этот кабель гибким и устойчивым к многократным изгибам. Этот кабель используется для подсоединения датчиков, устанавливаемых на подвижных частях механизмов.
    Для кодирования данных используется известный  Манчестерский код, в котором "0" и "1" кодируются по восходящему  и нисходящему фронту сигнала. Такой  тип кодирования снижает влияние  на ASI-кабель внешних возмущений.
    Адрес каждого сетевого устройства записывается в его постоянной памяти.
    С тем чтобы обеспечить короткий ASI-цикл на низкой скорости передачи, был выбран наиболее компактный формат кадра (рис. 1.). 

Стартовый Бит
Управляющий бит
5 бит адреса
5 бит данных
Бит четности
Стоповый бит
Стартовый бит ("0"); стоповый бит ("1"); управляющий  бит: ?0?-это данные или параметр, ?1?-это команда;
Рис. 1. Формат ASI-кадра 

1.3. Потокол промышленной сети MODBUS
    Этот  протокол разработан фирмой Gould Inc. для построения промышленных распределенных систем управления. Специальный физический интерфейс для него не определен. Эта возможность предоставлена самому пользователю: RS-232C, RS-422, RS-485 или же токовая петля 20 мА.
    Протокол  MODBUS работает по принципу MASTER/SLAVE, или "ведущий-ведомый". Конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного MASTER-узла и до 247 SLAVE-узлов. Только MASTER инициирует циклы обмена данными. Существует два типа запросов:
    ·         запрос/ответ (адресуется только один из SLAVE-узлов);
    ·         широковещательная передача (MASTER через выставление адреса 0 обращается ко всем остальным узлам сети одновременно без квитирования).
    Протокол  MODBUS описывает фиксированный формат команд, последовательность полей в команде, обработку ошибок и исключительных состояний, коды функций. Для кодирования передаваемых данных используются форматы ASCII (American Standard Code for Information Interchange) и RTU (Remote Terminal Unit). Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды (чтение, запись и т.д.), адрес абонента (адрес 0 используется для широковещательной передачи), размер поля данных, собственно данные или буфер под данные и контрольный CRC-код. Функция обслуживания тайм-аута реализована для фиксирования коллизий при приеме/передаче данных.
    Набор команд протокола описывает функции:
    ·         чтение/запись битов и битовых последовательностей;
    ·         чтение/запись регистров;
    ·         функции диагностики;
    ·         программные функции;
    ·         функции управления списком опроса;
    ·         функция сброса (RESET).
    Протокол  MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире. Для работы со своими изделиями его используют десятки фирм: он привлекает простотой логики и независимостью от типа интерфейса. 

1.4. Протокол промышленной сети World-FIP
    Этот  протокол является результатом коллективных усилий ряда европейских компаний (в  основном, Франции, Бельгии и Италии) как некое альтернативное решение, предлагаемое американским рынком промышленных сетей. Протокол FIP (The Factory Information Protocol) нацелен на высокие скорости передачи и строго определенные интервалы обновления данных.
    Протокол  имеет гибридный централизованный/децентрализованный контроль за шиной, основанный на принципе широкого вещания (broadcast). Контроль осуществляется со стороны центрального узла сети (central unit), называемого Арбитром. Основной поток данных организован как набор отдельных переменных, каждая из которых идентифицирована своим именем. Любая переменная, обработанная в одном узле-передатчике, может быть прочитана любым числом узлов-приемников. Использование режима широкого вещания избавляет от процесса присваивания каждому устройству уникального сетевого адреса.
    Каждый  узел (участник) на шине полностью автономен. Все узлы должны уметь получать предназначенные  для них переменные.
    Шинный  арбитр имеет три рабочих цикла. Продолжительность каждого цикла  устанавливается самим пользователем. Эти три цикла выглядят следующим  образом:
     1. Циклический трафик.
    В этом случае арбитр сети имеет таблицу  циклического опроса, состоящую из поименованных переменных. Порядок  опроса устанавливается в соответствии с этой таблицей. Если какая-либо переменная должна опрашиваться чаще остальных, то она должна быть упомянута в этой таблице кратное числу опросов  раз. Арбитр имеет доступ более чем  к одной таблице опроса, но только одна из них может иметь активный статус. В конце цикла эта таблица  может быть модифицирована. Такой  трафик применяется в приложениях, ориентированных на пакетную обработку  данных.
     2. Периодический трафик.
    В этом случае шинный арбитр обращается к отдельным переменным из каждого  узла сети по запросу. Запросы на работу с переменными генерируются во время  циклического трафика.
     3. Обслуживание сообщений.
    Арбитр  предоставляет право на передачу любому устройству сети, запросившему эту функцию во время циклического графика. Получив это право, устройство может передать свое сообщение (с  подтверждением или без) одному или  всем устройствам на шине.
    Функции управления некоторым процессом  могут быть распределены на шине между  различными устройствами. Это возможно потому, что, с одной стороны, все "приемники" принимают одинаковые переменные одновременно, а с другой – время обновления данных и их передача подчиняются строгому контролю. То есть, основу FIP составляет так называемая "База данных реального времени".
    FIP-протокол описывается стандартом UTE46 (Франция). Он полностью специфицирован на уровнях 1, 2 и 7.
    ·  7-ой уровень (Application Layer): NF C46-602, NF C46-606
    ·  2-ой уровень (Data Link Layer): NF C46-603
    ·  1-ый уровень (Physical Layer): IEC 1158-2
    В качестве среды передачи используется витая пара или оптоволокно.
    Программное обеспечение реализовано под  операционные системы MS DOS и OS-9. 

1.5. Сетевой стандарт CAN
1.5.1. Принципы построения
    Сеть  CAN (Controller Area Network) была разработана в Германии компанией Robert Bosh GmbH для автомобильной промышленности, когда возникла необходимость (в конце 80-ых годов прошлого века) в управлении разраставшейся электропроводкой автомобиля. Эта задача была решена путём использования недорогой последовательной сетевой структуры. В настоящее время сети CAN активно применяются и за пределами автомобильной промышленности – от стиральных машин до ракет.
    Мировое признание сетей CAN закреплено в международном стандарте ISO11898. Стандарт определяет протоколы физического уровня и двух подуровней канального: доступа к среде передачи и управления информационным каналом.
    Сеть  CAN предназначена для сбора информации и управления в реальном масштабе времени. Топология сети – шинная. Узел сети состоит из CAN-контроллера, который обеспечивает взаимодействие с сетью, и вычислителя (обслуживающего процессора). Число узлов, подключаемых к шине, протоколом не лимитируется. Практически такое ограничение налагается задержкой передачи или предельной нагрузкой на канал. Максимальное расстояние между узлами 1 км.
    Физический  уровень определяет, как именно будут  передаваться сигналы, их электрические  уровни и скорость передачи. Скорость передачи данных по шине определяется её длиной: чем длиннее шина, тем  меньше скорость передачи. Максимальная скорость передачи – 1 Мбит/с при  длине шины 60 м.
    Канальный уровень отвечает за синхронизацию, арбитраж, доступ к шине, разделение сообщений на кадры, определение  и передачу ошибок.
    Протоколом  доступа к среде передачи определена технология множественного (случайного) доступа с проверкой несущей  и разрешением конфликтов. Возможные  конфликты, связанные с одновременным  запросом шины, разрешаются на основе приоритетности сообщений – право  на работу с шиной получает тот  узел, который передаёт сообщение  с наивысшим приоритетом. Разрешение конфликтов производится аппаратурой  по принципу побитового сравнения сетевых  адресов конфликтующих устройств.
    В CAN-протоколе определены следующие типы кадров:
    ·         кадр данных, переносит данные от отправителя к получателю;
    ·         кадр удалённого запроса, запрашивает передачу определённого кадра данных;
    ·         кадр сообщения об ошибке, вызывает повторную передачу;
    ·         кадр уведомления о перегрузке канала, требует дополнительной задержки между передачей кадров.
    Последние два кадра являются служебными.
   Рассмотрим  формат кадров данных и удалённого запроса (рис.2.).  
 


Рис.2. Формат CAN-кадра 

    Кадр  состоит из стартового поля SOF (Start of Frame), поля арбитража, поля управления, поля данных, контрольной суммы CRC, поля отклика АСК, конца кадра EOF и межкадрового интервала.
    Поле  SOF содержит один бит (логический ноль). Поле арбитража содержит 11 бит идентификатора и завершается битом RTR (Remote Transmission Request) удалённого запроса передачи. В информационном кадре бит RTR=0, для кадра удалённого запроса бит RTR=1. Идентификатор предназначен для адресации сообщений и используется механизмом арбитража.
    Поле  управления содержит 6 бит. Четыре бита DLC (Data Length Code) показывают количество байтов в поле данных, биты R0 и R1 зарезервированы для будущего использования.
    Поле  данных содержит передаваемые данные, количество передаваемых байт данных указывается в поле DLC. Максимальный размер поля данных 8 байт.
    Циклическая контрольная сумма (CRC) вычисляется на основании образующего полинома
g(x)=x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1.   

    Поле  отклика АСК содержит 2 бита, первый из которых первоначально имеет уровень логической единицы, а узлы-получатели меняют его значение на логический ноль. Тем самым отправителю сообщается, что передача прошла успешна. Второй бит поля АСК всегда имеет уровень логической единицы.
    Поле  конца кадра EOF (End of Frame) содержит семь единичных бит. За этим полем следует межкадровый интервал из трёх единичных бит, после чего может следовать очередной кадр.
    Кадр  удалённого запроса аналогичен по структуре  кадру данных, но не имеет поля данных. Эти кадры имеют специальное  назначение: посылая кадр запроса  в сеть, его отправитель требует  передачи кадра данных с тем же идентификатором, который он установил  в кадре запроса. Кадры RTR предназначены для быстрого получения нечасто используемых данных.
    Передачу  по шине "слышат" все узлы. Когда  шина свободна от передачи, узел может  начать передавать. Если два или  больше узла начинают передавать в  одно и то же  время, конфликт разрешается при помощи неразрушающего побитового алгоритма арбитража, использующего поле арбитража (см. рис. 6.2). Каждый передающий узел сравнивает бит, который он выставил на шину, с битом, который пытается передать конкурирующий узел. Доминирующий уровень – логический ноль (активный бит). Одновременная передача бита с доминирующим уровнем и бита с рецессивным уровнем (логическая единица, пассивный бит) даёт в результате уровень логического нуля.
    В течение передачи поля арбитража  каждый передатчик контролирует текущий  уровень на шине и сравнивает его  с битом, который он выставил на шину. Если значения равны, узел продолжает передачу. Если узлом был передан  пассивный бит, а на шине обнаружен  уровень логического ноля, то данный узел понимает, что конфликтует и  теряет право передачи, поэтому он прекращает передачу последующих данных (рис.3.). Узел, который потерял шину, может сделать новую попытку передачи, когда текущая передача завершится. Если одновременно начнётся передача кадра данных и запроса в равными идентификаторами, то предпочтение будет отдано кадру данных, так как бит RTR входит в поле арбитража.  

поле  арбитража
 
 
     

 
                            

 Передача 1-го узла – 100110110110                            
 Передача  2-го узла – 10010111
момент прекращения  передачи
 
 
   
 
  

                           Результат                    100110110110              
 
Рис. 3. Разрешение конфликта по CAN-протоколу 

    Механизм  арбитража гарантирует, что ни информация, ни время не будут потеряны. Хотя конфликты и возникают, но решаются предсказуемо и в предсказуемое  время. Именно это позволило CAN-протоколу занять достойное место в различных отраслях.
    Код арбитража одновременно является идентификатором  кадра – определяет назначение передаваемых данных (то есть кому они предназначены). Идентификатор с самым низким числовым значением выигрывает арбитраж, следовательно, идентификатор определяет приоритет передаваемых данных. Значение идентификатора определяется передаваемым сообщением и задаётся на фазе инициализации  сети. Разработчик системы может  влиять на приоритет сообщений с  тем, чтобы самые важные из них  не ожидали в очереди на отправку. Это свойство CAN позволяет строить сети, поддерживающие реальное время.
    Каждый  узел сети на основании идентификатора передаваемых данных, решает, получать или нет это сообщение. Адрес  назначения устанавливается в приёмнике  CAN-контроллера путём настойки входных фильтров соответствующих микросхем. Любое сообщение, которое проходит через входные фильтры, должно быть обработано обслуживающим процессором данного CAN-контроллера. Микросхемы, поддерживающие CAN-протокол, могут иметь одиночный фильтр (настроенный на приём единственного идентификатора) или многократные фильтры. В связи с этим передача данных по шине может быть воспринята одним узлом, группой узлов, всеми узлами или вообще не воспринята.
    CAN – это протокол, ориентированный на использование в условиях помех, в связи с чем CAN-сеть обладает высокой помехозащищённостью. CAN-протокол обеспечивает механизмы обнаружения следующих типов ошибок.
    Во-первых, передатчик всегда проверяет сигнал на шине и сравнивает с тем, что  он послал. Если посланный бит и  результирующий уровень на шине не равны, фиксируется разрядная ошибка. При этом обнаружение активного  бита, когда передаётся пассивный  бит, не выдаёт ошибку в течение передачи поля арбитража и первого бита поля АСК
    Передатчик  всегда передаёт первый бит поля АСК как пассивный. Все приёмные узлы, независимо от того являются они пунктом назначения или нет, во время приёма этого бита посылают на шину активный бит. Передатчик прослушивает шину и, если обнаруживает на ней уровень логического ноля, то считается, что сообщение принято, в противном случае фиксируется ошибка подтверждения.
    Некоторые поля в кадре CAN имеют определённое значение и расположение относительно других полей кадра. Если обнаруживается неправильный формат, то имеет место ошибка формы.
    Каждый  кадр содержит поле контрольной суммы. Если контрольной суммой обнаружена ошибка, то имеет место ошибка контрольной  суммы.
    Когда узел обнаруживает одну из перечисленных  ошибок, он передаёт кадр ошибки. Передача кадра ошибки отменит текущую  передачу и заставит все узлы отбросить  текущий кадр. При выявлении ошибки передача кадра повторятся.
    Благодаря этим механизмам подсчитано, что вероятность  невыявленной ошибки составляет менее 4,7 *10-11.
    Многие  механизмы CAN-протокола работают благодаря тому, что все CAN-контроллеры принимают сигналы с шины почти одновременно, т.е. один и тот же бит принимается всеми контроллерами сети в одно и то же время. Каждый CAN
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.