实时工业以太网的几种实现原理

Dear 丶 2022-11-21 11:57 299阅读 0赞

### 实时工业以太网的几种实现原理 ###

以太网的介质访问控制MAC（Media Access Control）方式采用带有冲突检测的载波侦听多路访问机制CSMA/CD。这是一种非确定性的介质访问控制方式，不能满足工业现场总线的实时性要求。目前针对工业领域不同实时性和成本要求，大致有以下三种类型的实时以太网实现原理：

1.  基于TCP/IP的实现
2.  基于以太网的实现
3.  修改以太网的实现

**基于TCP/IP的实现**

这种方式继续使用TCP/IP协议栈，通过合理控制来应对通信中的非确定性因素。典型的协议有Modbus/TCP 和 Ethernet/IP。

下图是ISO/OSI七层模型与TCP/IP模型

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以Modbus/TCP举例：可以看到 IP 协议与 TCP 协议分别处于 TCP/IP 的第二、三两层，而Modbus/TCP仅仅在应用层实现了Modbus协议。

**基于以太网的实现**

这种实现方式仍然使用标准的以太网硬件，但是不再使用TCP/IP协议。它引入了一个专门的过程数据传输协议，使用特定的以太网帧传输数据。这是一种软实时的实时以太网协议，典型的协议有Powerlink、EPA、PROFINET RT 等等。

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以PROFINET RT举例：PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer 2）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间。然后就成了下面这个样子：

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**修改以太网的实现**

这是一种硬实时的解决方案，通过修改以太网以获得小于1ms的实时要求。从站使用特定的硬件，在实时通道内使用实时MAC接管通信控制，彻底避免报文冲突，在非实时通道内按照原来的协议进行通信。典型的协议有EtherCAT、Sercos III、PROFINET IRT等等。

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下图是EtherCAT模型与标准OSI模型的比较：

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可以看到数据链路层中使用了SM、FMMU、PDI 和 DC，同时在EtherCAT通道没有使用第3至6层。

【转载】[https://zhuanlan.zhihu.com/p/24707552][https_zhuanlan.zhihu.com_p_24707552]

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