Ethernet／IP协议简介模版

1、目录现场总线把握技术与工业以太网工业以太网实时性问题EthernetIP协议简介实现5EtherNet/IP 工业以太网优缺点及进展前景EthernetIP协议简介1 现场总线把握技术与工业以太网 接入了现场总线。现场总线把握系统(FCS)是顺应智能现场仪表而进展起来的。它的初衷是用4-20mA 模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一)的进展，在把握领域内引起了一场前所未有的革命。把握专家们纷纷预言：FCS 21 世纪把握系统的主流。然而在把握界FCS 进展概念炒作的时候，却留意到它的进展在某些方面的不协调，其主要 最终IEC8种现场总线成为IEC61158 Net，FFEtherN

2、et HSE8 种现场总线互不兼容，这也使得各 (FF)ISO的参考模型中的3 层(物理层、数据链路层和应用层)H1 的传 Can 总线 FCS 在工业把握中的推广应用受到了确定的限制。以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它承受总线式拓朴构造和多路存取载波侦听碰撞检测(CSMACD)230ms 之间，以太网。由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。的两大动力是：光纤环网的应用、分布智能装置仪表。工业现场层，第一次成为真正的FieldBus；其次，通过环网的冗余提高以太交换而分布智能的装置仪表，解

3、决了所谓以太传输时滞不确定性的诟病。首先，光纤环网的千兆交换速度，已经使绝大局部工业把握数据在可承受的时间内交100ms 的时滞都是可以承受的。而假设所要通过数据交换的方式苛刻地要求工业以太网确实定时延。工业以太网实时性问题性和实时性做一些介绍。通讯确定性和实时性技术传统以太网承受总线式的拓扑构造和多路存取载波侦听碰撞(CSMAC 不能够应用的，这也影响了以太网技术在工业底层把握网络中的应用。了工业现场实时把握的要求。1示意了两种不段(Segment)，在每个网段上以一个多口集线器为中心，将假设干个设备或节点连接起来，这样挂接在同一网段上的全部设备形成一个冲突域(Collision)。每个冲突

4、域均承受CSMACD机制来治理网络冲突。这种分段方法可以使每个冲突域的网络负荷减轻、碰撞几率减小。图1以太网网络拓扑构造的比较EthernetIP协议简介现场总线国际标准IEC61158经过十几年的争辩和斗争后，放弃了其制定单8种(第3版修订后增加了两种类型，而种类型)类型总线的国际标准。这说明各大总线各具特点、不行相互替代的局面得到世界工控界的认可。目前有Modbus-IDA工业以太网，EthernetlP工业以太网，FFHSE工业介绍。EtherNetIP(EtherNetIndustryProtoco1)是适合工业环境应用的协议体系。它是由两大工业组织ODVA(OpenDeviceNet

5、 Vendors Association)ControlNet 于CIP(ControlandInformalon Protoco1)协议的网络。它是一种是面对对象的协议，能够保证网络上隐式的实时I0信息和显式信息(包括用于组态参数设置、诊断等)的有效传输。EtherNetIP承受和DevieNet以及ControlNet一样的应用层协CIP(Control and InformationProtoco1)，因此，它们使用一样的对象库和全都的行业标准，具有较EtherNetIP承受标准的EtherNet和TCPIP技术来传送CIP通信包，这样，通用且开放的应用层协议CIP加上已经被广泛使用的E

6、therNet和TCPIP 协议，就构成EtherNetIP协议的体系构造。协议的各层构造如图2所示。图2 应用CIP的EtherNet/IPEthernetIP协议模型及协议内容1. 物理层和数据链路层EtherNetIP在物理层和数据链路层承受以太网。其主要由以太网把握器芯2会消灭相应的芯片。但是上面的协议无须转变。2网络层和传输层EtherNetIP在网络层和传输层承受标准的TCPIP技术。对于面对把握的实时I0UDPIP(诊断等)则承受TCPIPTCPIP来传送，其优先级较低。而将来承受工业以太网EtherNetIP协议的现场设高。3. 把握及信息协议(ClP)把握及信息协议(CIP)

7、是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNet、EtherNetIP等3种网络所承受，因此这3种网络相应地统称为CIP网络.CIP的特点有以下几点报文CIP协议最重要的特点是可以传输多种类型的数据。工业应用中所需要传输的数、互锁、配置、故障诊断、程序上载或下载等。这些不同类型的数位时间内有通信行为的节点所占的比例、响应时间等。CIP依据所传输的数据对传输效劳质量要求的不同，把报文分为两种：显 IO、IO报文又称为IO报文或隐式IO报文。在网络底层协议的支持下，CIP用不同的方式传输不同类型的报文，以满足DeviceNet赐予不同类型的报文不同的优先级，隐式报文使用优先级高的报头，显式报

8、文使用优先级低的报头。ControlNet在预定时问段发送隐式报文，在非预定时问段发送显式报文。而EthemetIP用TCP 来发送显式报文，用UDP来发送隐式报文。面对连接惟一的连接标识符(connectionID)。假设连接涉及到双向的数据传输，就需要两个CID。CID的定义及格式是与具体网络有关的，比方，DeviceNet的CID 定义是基于CAN标识符的。通过猎取CD，连接报文就不必包含与连接有关的全部息，假设需要应答，还要给出完整的源节点地址。对应于两种CIP报文传输，CIP连接也有两种，即显式连接和隐式连接。建立连 接需要用到末连接报文治理器(unconnected Message

9、 ManageUCMM)CIP设备中特地用于处理未连接报文的一个部件。假设节点A试图与节点B建立显式B觉察是发给自己的，其UCMMCID的未连接响应报文，节点A接收到后，得知CID，显式连接就建立了。隐式连接的建立更为简洁，它是在网络配置时建立的，在这一过程中，需要用到多种显式报文传输效劳。CIP把传输连接的根底上建立的。生产者消费者模型的把握、组态和数据采集。CIP 协议功能及特征EtherNet/IP 其特色就是被称作把握和信息协议的CIP 局部。CIP 一方面供给实时I/O 通信，一方面实现信息的对等传输。其把握局部通过隐形报文来实现实时I/O CIP 协议的CIP 作为应用层协议的实施

10、与底层介质无关。这就是人们可以在把握系统和I/O 设备上机敏实施这一开放协议的缘由。同透亮性和全都性。EtherNet/IP 的通信机制通信模式不同于源/目的通信模式，EtherNet/IP 承受生产/消费模式，它允许网络上的节点同时存取同一个源的数据。在生产/消费模式中，数据被安排一个唯一的标识，每一个数据源一次性的将数据发送到网络上，其他节点选择性的读取这些数据，从而提高了系统的通信效率。CIP 报文通信CIP 报文定义了显式报文和隐式报文两种报文类型, )，此时数据量不大但需要高的速度或需要较长的源节点和其他节点连接时间，所以这局部承受的是速度较快的UDP 协议；显式报文数据量较大但不需

11、要始终连接所以这局部承受TCP 协议。CIP 报文的通信分为无连接的通信和基于连接的通信。无连接的报文通信是CIP定义的最根本的通信方式。设备的无连接通信资源由无连接报文治理器UCMM 管; 基于连接的报文通信是CIP 网路传递报文的另一种方式,可用来传递I/O数据和显式报文。这种通信方式支持生产者/消费者模式的多点传输关系, 一次向多个目的节点进展高效的数据传输。EthernetIP通信适配器硬件设计与实现EtherNetIP硬件设备开发主要有2小型化。下来介绍承受嵌入式系统设计EthernetIP通信适配器。硬件系统总体架构EthernetIP通信适配器作为工业把握中的网络设备，对数据处理

12、力气、数ARM9S3C2410为CPU，S3C2410为核心，外围扩展了64MbitsSRAM64Mbits NAND FLASHCS8900RS232 串口、I/O接口、JTAG程序实时仿真接口等。系统总体硬件如图3电源设计图3 系统总体硬件本通信适配器可以接现场IO模块(现场IO模块分为数字IO及模拟I O)IO计，可满足8个扩展IO模块的驱动力气。通信适配器中，不同的芯片承受的所要求的供电电压是不一样的。S3C2410需要的供电电压有：33V的数字电压及18V的数字电压及模拟电压、18V的PLL源电压；SRAM、NANDFLASH、IO承受33V电压；JTAG、以太网把握其承受5V电压供

13、电。工业以24VDC24VDC转换成5V、33V及18V的力气。复位电路设计由于ARM芯片的高速、低电压供电和低功耗导致其噪声容限较低，对电源中承受了特地的微处理器电源监控芯片MAX708TESA。电路如图4所示。图4电源监控及复位电路在图4RESET连接到以太网把握器CS8900CS8900RESET连接到S3C2410的复位引脚RESET以及芯片内部JTAG接口电路的复位脚TRST。当复位按键Sl按下时，MAX708T马上输出复位信号，其引脚RESET输出高电平复位信号，引脚RESET输出低电平复位信号；此时S3C2410及以太网把握器CS8900都将复位。ARM微处理器必需保证在稳定的复

14、位状态下启动，当微处理器在未知状态时，必需使它保持复位状态。MAX708TESA保证低电压的时候处理器处于复位时候，假设电源到达1V，RESET引脚输出规律低电平，RESET引脚输出规律高电平。当电源超出了复位的门栏电压，MAX708TESA的内部定时器保证 和RESET引脚保持200ms电源过低的状况下始终维持在复位状态，降低系统运行出错的可能性。以太网通讯接口设计以太网电路原理以太网把握器是EthernetIP通信适配器中一个格外重要的物理部件，它实噪声、震惊等有确定的抵抗力气；支持全双工通讯；支持10Mbits或100MbitsS3C2410ACirrusLogic公司开发的CS8900

15、AIQ3作为EthernetIP通信适配器的以太网把握CS8900A-IQ3 主要特点是：lOMbits的传输速率、支持全双工运作模式、内建缓冲区供给传Packetl”推举承受在30HZ时共模抑制比在59dB以上的隔离变压器。以太网芯片CS8900A-IQ3功能描述图5CS8900A-CQ3功能图在电源开启或硬件复位后，CS8900A-IQ3要传送或接收封包时必需先芯片参数的来源有两个地方：一个是由host透过ISA汇流排写入CS8900A-CQ3，另一个则是通过外部EEPROM自动载入进来。在全部存放器设置完毕后便可进展相关动作.根本上CS8900ACQ3的主要运作有两个部份：封包传送、封包

16、接收。封包传送：在CS8900A-CQ3的封包传送过程中有两个阶段：封包传送第一个阶段：CS8900AC03的缓冲存储器，这样子的搬移动作是在主机发出传送命令时所发生的。传送命令是要通知CS8900A-CQ3有封包数据可在CS8900A-CQ3缓存器内设置成或是全部bytes被传送出去)，以及如何被传送出去(有无CRC、添加的位数据等等)。在传送命令发出后，传送的长度也要告知，这样CS8900A-CQ3需要多少的IO模式或是Memory的模式，将封包数据写入CS8900A-CQ3的内部存储器。封包传送其次个阶段：CS8900ACQ3将封包数据转换成以太网络讯框，之后送到网络CS8900ACQ3

17、会在传送缓冲空间累积到足够的数据(从前在CS8900ACQ3缓 被传送出去的数据依照IEEE8023以太网络讯框的格式(如以以下图所示)传送到网络上，以太网络讯框的最大数据酬载量(Payload)为1500Bytes，最小为46Bytes，假设上层封包数据量(包含CRC即CyclicRedundancy Check，也就是FCS即Frame CheckSequence)小于46Bytes，那么CS8900A-CQ3会依照缓存器的设定来打算是 否要填加位以补足讯框的最小量，最终再加上4Bytes FCS送出。封包接收：封包接收的第一个阶段：CS8900A-CQ3接收以太网络讯框后，将讯框存放在内

18、部芯片的内存中，将前导的字节(preamble)以及StartofFrame启始字节移除掉，然后利用地址过滤器CS8900ACQ3CS8900A-CQ3检查CRC以及相关设定，以更进一步确认讯框之无误，然后通知微处理器讯框已被接收的大事。封包接收的其次个阶段：动作可以利用I0模式、Memory模式或DMA模式达成。串行通讯接口设计S3C2410A内置3通道UARTDMA持5bits6bits7bits或者8bitsMAXIMG公司为嵌入式低功耗应用设计的MAX3232作为串口通讯收发器，MAX3232工作电压为EthernetIP通讯模块可通过串口直接与PC机连接，并使用串口为程序调试打印 信息。串行通讯接口如图6所示：图6 RS232接口电路图主从USB接口设计包括一个USB主机端口和一个USBPCS3C2410A芯片内集成了USB电路上只需加效应管驱动即可构成完整的USBUSB大简化了电路设计。图7 USB接口外部I0扩展接口设计EthernetIP通信适配器承受总线模式与多个数字IO模块相连接，在通信 适配器内部给每个