如何設(shè)計工業(yè)以太網(wǎng)的實時性

實時表示系統(tǒng)在一個確定時間內(nèi)處理外部事件。確定性意味著系統(tǒng)具有一個可預(yù)知的響應(yīng)。實時通信的一般要求：

確定性的響應(yīng)；

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的響應(yīng)時間=5ms；

以太網(wǎng)實時通信應(yīng)對設(shè)備處理器造成小的負(fù)擔(dān)，因此處理器的主要任務(wù)是處理用戶程序而不是通訊翻譯的工作，同時應(yīng)減量減少通訊時間。圖1表明了哪些因素影響通訊周期。

實現(xiàn)通信的一種方式使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，例如TCP/IP或者UDP/IP等，然而使用它們會帶來缺點：幀過載會增加幀的長度，因而會引起線路上傳輸時間的增加見圖2。此外，對應(yīng)的通信棧需要占用處理器相對長一點的計算時間，因而會導(dǎo)致發(fā)送周期增加。

通過對發(fā)送器和接收器的通訊棧的優(yōu)化，可以使更新率有相當(dāng)大的改觀，而且處理器負(fù)載也會相應(yīng)減少。然而，對通信棧的運行時間的優(yōu)化也就意味著此時的TCP/IP通訊棧不再是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而只是一種專門的實現(xiàn)方式了，對UDP/IP實現(xiàn)的使用也是同樣。

然而第三層和第四層的協(xié)議只是適合部分的周期交換數(shù)據(jù)，對于這種應(yīng)用，建議使用遵照ieee802.3制定優(yōu)化第二層協(xié)議。這是唯一的局限就是：由于沒有使用第三層協(xié)議，所以就會失去路由功能。但是作為工業(yè)一級以太網(wǎng)設(shè)計中盡量不要設(shè)計路由器，因為這會大大降低通信速度。

例如profinet就使用了優(yōu)化的通信通道進(jìn)行實時通信，因此保證了一個網(wǎng)絡(luò)中不同站點之間在一個極短的時間段內(nèi)進(jìn)行時間要求苛刻的數(shù)據(jù)傳輸。

通過軟件方案或者使用特殊的硬件，可以在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)控制器上實現(xiàn)實時通信通道。該通道基于ISO/OSI參考模型的第二層見表1。此處數(shù)據(jù)包的尋址不是通過IP地址來實現(xiàn)的，而是使用接受設(shè)備的MAC地址。實時通信允許精確限定（預(yù)測）傳輸時間，并能保證其它標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP可以在同一個網(wǎng)絡(luò)上使用而不會產(chǎn)生問題。