openSAFETY基础引导（二）

1.PROFINET上的openSAFETY
PROFINET技术的发展主要来自于西门子和其他PROFIBUS用户组织PNO的成员。它的名字是“process field network”的缩写。PROFINET是Profibus DP的以太网类的继承者。其通信系统有I/O控制器之间的完整的数据传输说明，以及参数化、诊断和网络实施的说明。根据时间要求不同，PROFINET又被分为PROFINET RT和PROFINETIRT，前者没有或是软实时，后者硬实时。
•原理
PROFINET使用不同协议和服务来满足不同性能级别要求。根据用户需求和一定原则，实时型PROFINET RT可以在一个循环周期内发送有效载荷数据和对时间要求不高的数据。又预留一个RT通道，通过以太网协议传输高优先级的载荷数据。而诊断和配置信息通过UDP/IP发送。因此，对于I/O的应用，循环周期可以达到10ms。应用基于交换管理的时分复用，PROFINET RT时钟同步的1ms以下的循环周期，满足运动控制的要求。PROFINET IRT采用一种特殊帧格式——PROFINET实时报文，使信号端需要一种特定的ASIC才能工作。
•用户组织
PROFIBUS & PROFINET International (PI)代表PROFINET。它是一个伞式组织，与PROFIBUS用户组织PNO和24个区域性PROFIBUS组织协力发展。
•openSAFETY
openSAFETY因其黑色通道原理与数据传输机制分离，使得PROFINET同其他协议一样，对openSAFETY的实施毫无影响。

2. SERCOS III上的openSAFETY
作为一个开源、独立于生产商的数字驱动接口标准，SERCOS III不仅定义了物理连接的硬件结构和协议结构，也支持广泛的配置文件定义。Sercos接口最初在1985年引入到市场，到今天第三代的SERCOS III，标准以太网是数据传输的协议，主要用于运动控制为主的自动化系统。
•原理
SERCOS III需要主站和从站端都有专用硬件才能工作。该专有硬件将CPU从通信任务中解放出来，确保快速实时数据处理和硬件为基础的同步。SERCOS用户组织提供SERCOS III IP core支持用FPGA的SERCOS III硬件开发。
SERCOS III使用帧求和的方法，要求网络节点使用菊花链或闭环的方式连接。数据在每经过一个设备的时候就被处理，不同通信类型对应不同报文类型。由于以太网连接的全双工特点，菊花链已经满足一个单环，而一个适当的拓扑会生产一个双环，可以满足冗余数据的传输。每个节点有两个通信接口（用于菊花链和环形网），使其具有交叉通信的功能。实时报文会来回经过线路中每个节点，即，他们在每个循环周期里被处理两次。所以，设备可以在一个循环周期中完成彼此通信，无需先经过主站。
实时通道使用有预留带宽的时间槽来确保没有冲突的数据传输。除此之外SERCOS III还提供一个可选的非实时通道。节点在硬件层面同步，它直接从通信周期开始的第一个实时报文中取得同步信息。主站同步报文（MST）为此被嵌入到第一个报文中。为保证同步便宜地域100ns，一个基于硬件的过程负责补偿因以太网硬件导致的系统差异。各种网络可以使用不同的循环时钟，依然达到完全同步。

SERCOS III上实现openSAFETY的层级式模型

•用户组织
SERCOS International e.V.是一个支持该技术持续发展并坚守该标准的注册协会。超过50家控制系统生产者和30家以上伺服制造商是其成员。
•openSAFETY
利用“黑色通道原理”，openSAFETY在现有SERCOS III方案原封不动的基础上就可以实施。
SERCOS III有交叉通信的功能。openSAFETY利用该功能进行周期性安全数据交换。SSDO在非实时通道（NRT）传输。通过SERCOS III功能配置（FSP），可以确保理想的停泊。（ideal docking）

安全SERCOS III网络的一个典型环形拓扑

EtherNet/IP在2000年发布，是由Allen-Bradley (Rockwell Automation)和OVDA (Open DeviceNet Vendors Association) 开发的、开源的工业标准。“以太网工业协议”（EIP）本质上是CIP（Common Industrial Protocol）应用协议的一个端口，被用在ControlNet和DeviceNet上。在美国市场上尤其成功，经常用于罗克韦尔的控制系统中。
原理
EtherNet/IP运行于标准以太网硬件之上，使用TCP/IP和UDP/IP为数据传输。因CIP协议支持的“生产者/消费者”功能，EtherNet/IP可选用各种各样的通信机制，比如轮询，定时或事件触发，多重广播或点对点连接。
针对的配置和数据请求，CIP应用协议会区分“隐式”的I/O信息和“显式”的查询/应答报文。显式信息被嵌入到TCP帧中，实时应用信息通过UDP发送，因其更紧凑的格式和较小的帧头。以太网帧里的VLAN标识是用来给予实时数据以优先级的。交换机作为星形网络的中心，防止通过点对点连接的设备之间的数据冲突。EtherNet/IP一般能达到10ms的循环周期这样的软实时性能。增强的扩展协议CIPSync和CIPMonitor目前尚不可用。IEEE1588中规定通过分布时钟实现的节点精确同步能达到满足伺服电机控制所要求的足够小的循环周期和抖动。