简述如何设计工业以太网的实时性

　　实时表示系统在一个确定时间内处理外部事件。实时系统的特点是，如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果的系统。有两种类型的实时系统：软实时系统和硬实时系统。在软实时系统中系统的宗旨是使各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成。在硬实时系统中，各任务不仅要执行无误而且要做到准时。大多数实时系统是二者的结合。实时系统的应用涵盖广泛的领域，而多数实时系统又是嵌入式的。这意味着计算机建在系统内部，用户看不到有个计算机在系统里面。实时通信的一般要求：

　　确定性的响应；

　　标准应用的响应时间<=5ms；

　　以太网实时通信应对设备处理器造成小的负担，以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。以太网早由Xerox（施乐）公司创建，在1980年，DEC、lntel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准。以太网是应用为广泛的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网，采用的是CSMA/CD访问控制法，它们都符合IEEE802.3。图1表明了哪些因素影响通讯周期。

　　实现通信的一种方式使用标准通信协议，例如TCP/IP或者UDP/IP等，然而使用它们会带来缺点：帧过载会增加帧的长度，因而会引起线路上传输时间的增加见图2。

　　通过对发送器和接收器的通讯栈的优化，可以使更新率有相当大的改观，而且处理器负载也会相应减少。然而，对通信栈的运行时间的优化也就意味着此时的TCP/IP通讯栈不再是一种标准协议，而只是一种专门的实现方式了，对UDP/IP实现的使用也是同样。

　　然而第三层和第四层的协议只是适合部分的周期交换数据，对于这种应用，建议使用遵照ieee802.3制定优化第二层协议。这是的局限就是：由于没有使用第三层协议，所以就会失去路由功能。但是作为工业以太网设计中尽量不要设计路由器，因为这会大大降低通信速度。

　　通过软件方案或者使用特殊的硬件，可以在传统的以太网控制器上实现实时通信通道。该通道基于ISO/OSI参考模型的第二层见表1。此处数据包的寻址不是通过IP地址来实现的，而是使用接受设备的MAC地址。实时通信允许限定（预测）传输时间，并能保证其它标准协议TCP/IP可以在同一个网络上使用而不会产生问题。

		DCOM/RPC	-
		-	-
			-
		传输控制协议TCP/用户数据报文协议UDP	-
			-
			实时协议/等时同步实时协议

　　实时协议保证了周期数据和事件控制消息（警报）的高性能传输。它分为三种类型见图3

　　实时类型1：适合周期数据传输；对所有使用的交换机没有特殊要求。

　　实时类型2：适合中断数据和周期数据传输，此时需要工业交换机，然而，在组态的时候还不需要对通信进行规划。

　　实时类型3：适合运动控制应用的周期数据传输。这个时候需要工业交换机，而且还需要对通信进行明确的规划。

　　在没有实时性需求的数据，可以在标准的通道上传输见表2

　　

	-实时类型1、2
	用户数据高性能传输
	周期数据交换
	通过事件控制的数据交换
	-实时类型3
	高性能数据传输
	等时同步数据
	抖动时间<1uS