1、基本概念

POWERLINK協議滿足以太網IEEE802.3標準，該協議提供了所有標準的以太網功能特點包括交叉通信和熱熱插拔，允許網絡以任意方式進行拓撲。網絡中指定的PLC/PC作為管理節(jié)點（MN）,該管理節(jié)點周期性調度并根據此來同步網絡上的所有節(jié)點，并控制周期性數據通信。其他所有運行設備稱為受控節(jié)點（CN），一個POWERLINK周期分為3個部分：

①在開始階段，MN發(fā)送循環(huán)啟動SoC幀給網絡中的CN,以同步網絡中的所有設備，抖動大概為20ns（納秒）。

②循環(huán)階段，周期性同步數據交換，同時使用多路復用技術來優(yōu)化帶寬。

③異步啟動信號SoA，用于傳輸大容量，非時間苛刻的數據包。

POWERLINK分為實時和非實時域，由于異步階段的數據傳輸支持標準的IP幀，路由器將數據與實時域安全隔離開。

2、詳細資料提供網址：

?

3、系統的通信架構

支持集中控制和分布式控制；集中控制和分布式控制性能沒有明顯的區(qū)別。

4、主站實現

POWERLINK是開源免費的，基于標準以太網硬件。

5、潛在的成本需求

POWERLNK沒有特殊的需求，外部設備為標準的HUB或交換機，內部為標準的HUB(集線器)，有源HUB對信號有放大作用。支持熱插拔，允許網絡在帶電狀態(tài)下相互交換設備。

7、POWERLINK協議層劃分

①普通以太網OSI (開放式系統互聯參考模型) 模型：從上至下一次為：應用層/表示層/繪畫層/傳輸層/網絡層/數據鏈路層/物理層

②POWERLINK分為三層：應用層/數據鏈路層/物理層

物理層：遵循IEEE802.3快速以太網標準。

數據鏈路層:主要功能構建解析數據幀/對數據幀定界/網絡同步/數據收發(fā)順序控制/實時通信的傳輸控制。

POWERLINK的通信機制有2種

①請求應答模式

②定時主動上報模式（PRC）

POWERLINK一共有5種數據幀格式:SoC/Preq/Pres/SoA/AsyncData;一個完整的周期包含同步和異步倆個階段；SoC到SoA為同步階段；SoA到AsyncData為異步階段；

SoC是同步信號，每一個循環(huán)周期開始主站都會廣播一個SoC信號，實現時鐘同步和動作同步。

SoA是異步信號，包含請求那個從站的上報數據，AsyncData包含從站上報的數據，但是每個周期只能有一個從站上報異步數據。

應用層：POWERLINK應用層遵循CANopen協議，為應用程序提供了同意的接口，使得不同設備與應用程序之間有統一的訪問接口，CANopen協議有三個主要的部分：

PDO:過程數據對象，可以理解為需要周期性/實時傳輸的數據（在傳統的CANopen協議中最大可以傳輸8字節(jié)，在POWERLINK協議中可以最大傳輸1490字節(jié)）；

SDO:服務數據對象，可以理解為非周期性傳輸/實時性要求不高的數據；

OD:對象字典：是很多對象的集合，而對象可以理解為參數；假設一個設備有很多參數，CANopen通過給每個參數編號來區(qū)分，即索引，它的尋址方式是按編號尋址，不像TCP按IP尋址。

數據如何傳輸需要的關鍵2個參數：

在CANopen協議中數據傳輸需要倆個參數：

網絡參數：將數據發(fā)送到那個站或者接收來自那個站的數據

映射參數：決定如何組成需要發(fā)送的數據包或者如何解析接收到的數據包。

不論接收還是發(fā)送，網絡參數和映射參數必須是成對的：0x1800和0x1A00是對應的，依此類推，0x1801和0x1A01是一對。

?

網絡參數

映射參數

數量

接收

0x1400~0x14fe

0x1600~0x16fe

?

發(fā)送

0x1800~0x18fe

0x1A00~0x1Afe

?

POWERLINK性能及特點：

支持240個節(jié)點，每個節(jié)點支持1500Bytes輸入輸出

循環(huán)周期：100us（高性能CPU或者高性能FPGA）

??????????200us（低性能CPU或者低性能FPGA）

抖動：小于1us，實際循環(huán)周期中最大值與最小值的差值；

POWERLINKMAC尋址遵循IEEE802.3,每個設備的地址都是唯一的，我們稱之為節(jié)點ID；

實時域和非實時域一般使用網關隔離開；

9、在vxworks下移植POWERLINK大概需要做的工作：

在vxworks下使用powerlink需要做哪些工作，以及可行性

1、VXWORSK下Shelltasks的有限級為1，最高優(yōu)先級，需要將其優(yōu)先級降低，防止shell輸入比較長的指令會影響協議棧的運行。

2、初始化高精度時鐘，powerlink需要時鐘精度為us級別，vxworks系統時鐘目前是ms級別；

3、綁定openpowerlink協議棧與vxworks協議棧，初始化協議棧的哥哥模塊；

4、設置CDC文件名，主要在自動配置對象時用。

5、初始化應用；

6、軟件復位操作；

10、Powerlink協議工作機制： （1）等時同步階段

①Preq/Pres請求應答模式

?

Powerlink收發(fā)數據是由主站控制，對于一個主站MN,和n和從站CN的網絡結構來說，主站發(fā)送Soc（絕對時間和相對時間）幀廣播到整個網絡，從站收到主站的Soc幀之后進入等時同步階段，主站發(fā)送給第一個節(jié)點Preq（以太網單播幀）幀，該節(jié)點收到主站發(fā)來的Preq幀后就會上報一個Pres（以太網多播幀），從站回復的幀是廣播的，幀頭有mac地址，所有主從站都可以收到，然后各站根據自己的對象字典得到自己的數據。也就是說，每次從站回復主站時只發(fā)一幀，這幀包含了給主站和其它從站的數據，所有站都能收到該幀，取不取數據要看各站自己的對象字典；當主站收到該從站的pres幀后，完成了一次信息交互；接下來主站與第二個等時同步從節(jié)點進行相同的信息交互，直到所有節(jié)點交互完畢，為一個周期。

Preq/Pres模式時間以及周期的計算：100M/s的網絡，傳輸速率為12.5Bytes/us，完成一個從站所需要的時間為T1 = Tpreq+Tgap+Tpres;

Tpreq:主站發(fā)送給從站preq幀數據的時間；

Tpres:從站發(fā)送給主站pres幀數據的時間;

Tgap:Tpreq和Tpres幀之間的間隙約為2us;

一幀數據的最大長度為1490Bytes，最大的時間Tpreq = 120us；Tpres = 120us；

Tgap = 2us；總的時間T1 = 242us

如果當同時和相同的50個設備已最大數據幀通信的話周期為242*50 = 12.1ms

②PollResponse Chaining（PRC）模式

?

PRC模式省去了主站的Preq數據幀，取而代之的是主站發(fā)送PresMN給所有從站，該幀包含主站周期性上報的PDO數據，同時該幀也是一個時間參考點，支持PRC模式CN發(fā)送數據的時間參考點，從站從接收完PresMN開始計時觸發(fā)發(fā)送數據幀pres幀；主站MN配置PRC模式的CN，使得CN在特定的時間點發(fā)送數據，這個時間點由主站根據網絡的配置情況、網絡延遲計算出來并配置給CN。3個從站主站可以配置CN1在收到PresMN的第5us上傳Pres幀數據，CN2在收到PresMN的第15us上傳Pres數據，CN3在收到PresMN的第25us上傳Pres數據，這樣避免了沖突。

PRC模式時間周期的計算：

T1 = Tpres+Tgap

Tpres:從站發(fā)送給主站pres幀數據的時間;

Tgap:Tpreq和Tpres幀之間的間隙約為2us;

一幀數據的最大長度為1490Bytes，最大的時間Tpres = 120us；

Tgap = 2us；總的時間T1 = 122us

如果當同時和相同的50個設備已最大數據幀通信的話周期為122*50 = 6.1ms

從站采用PRC模式還是preq/pres模式是由主機配置的，每一個從站只能采用這倆種模式中的一種，但是不同的從站可以這倆種模式的任意一種。

③系統中不同周期設備處理

一個系統中既有100ms的周期，也有200ms的周期，以及1s的周期，此時介意將主站系統周期設置200ms，通過多路復用機制來解決其他周期的通信問題。

（2）異步階段

每個周期只能有一個節(jié)點發(fā)送異步報文，如果有多個節(jié)點需要發(fā)送異步報文就需要排隊，在MN中存在一個隊列調度異步數據的發(fā)送權。當CN需要發(fā)送一個異步幀的時候，則通過pres幀或者Statues Response幀通知MN，MN的異步調度器決定異步幀發(fā)送的權限在那個周期被允許，保證發(fā)送請求不會被延遲不確定的時間長度

（3）空閑階段

空閑階段是在異步階段終點和下一周期的起點之間剩余的時間間隔。

?

11、POWERLINK與TCP、UDP的區(qū)別 （1）異步數據在網絡繁忙時數據發(fā)送的確定性

POWERLINK網絡所有節(jié)點通信周期與收發(fā)數據的時間具有確定性，而TCP/UDP在網絡繁忙的時候傳輸時間是不確定的。這主要基于POWERLINK協議有專管理受控節(jié)點CN數據發(fā)送的隊列，具有優(yōu)先級，當CN節(jié)點告訴MN節(jié)點需要進行發(fā)送異步數據的時候，MN節(jié)點會確切的告訴CN節(jié)點在哪個周期進行發(fā)送數據，而不會讓CN節(jié)點無限期的等待MN發(fā)來的數據發(fā)送的權限。

（2）實時域和非實時域隔離

POWERLINK的實時域即周期性傳輸的數據與非實時域（異步數據）是分離開的，保證了實時數據的實時性。

（3）收發(fā)數據具有統一的管理MN（主站）

所有CN（受控節(jié)點即除主站外的所有從站）收發(fā)數據都是受MN來控制在管理的，相互間收發(fā)數據不會出現網絡沖突的現象。

（4）尋址方式的不同

TCP/UDP是依靠IP（網絡地址）尋址，而POWERLINK是通過自身編號尋址，該編號由MN（主站）統一管理分配。

（5）發(fā)送機制的區(qū)別

對于TCP來說如果發(fā)送失敗會進行重發(fā)，但是POWERLINK沒有重發(fā)機制，在本周起發(fā)送出去沒有得到目標對象的回應，本周期不會重發(fā)，而會在下一周期重新發(fā)送。

（6）周期的精確性

POWERLINK最小可以實現200us左右的周期，POWERLINK的周期會隨著CN節(jié)點的增加和減少而變化（在受控節(jié)點相當多的情況下，訪問所有節(jié)點加起來的時間大于設定的MN的周期，不過一般不會出現）；