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2004中国计算机科学技术年度发展报告(节选八)

-嵌入式系统部分

中国计算机学会微机专业委员会 (2005.12)

 

八、工业现场总线网的IP话成为共识

工业界一直在为厂内装有嵌入式计算机的机器设备组网,20年前为PLC(可编程逻辑器件)建网, 15年前用串行口建网,10年前为智能传感器建网,近几年来,工业网又有很大的发展,主要是用TCP/IP结合现场总线改造原来行之有效的网络 。

1.ASiBUS
ASiBUS是Simens的单线网,在单根线上采集数据和电源状态。它为主从结构,周期时间5ms,最多31个从设备,拓扑为:星形、链形、总线、树形等,用于食品、制药业。

2.ModBus
ModBus是一种串行通信标准,历史悠久,普及率高。用16位寄存器加位置表示设备,从而构成消息帧等命令集。它是串行网30年来的优胜者。

3.DeviceNet
DeviceNet是工作于CAN总线基础上的应用层协议。它是按主-从方式工作的总线结构,最多64个节点,设备表示为属性和值的对象,数据率为125/250/500Kbps(虽然CAN的数据率最高是1Mbps), 最近增加了CIP(控制与信息协议)同步协议和CIP安全协议,有点过于复杂。

4.Profibus DP
Profibus DP是工作于RS485的主从结构的网,最多126个节点,244字节数据,速度12MB, 比基于CAN的Dvicenet快得多,但要求专用ASIC的支持,是Simens Industrial Ethernet现场总线中的排头兵,在欧洲占有绝对的优势。1992年公布Profibus DP v1, 1993 v2, 1995 v3,-以后再进化为 Profinet(响应时间保证在5~10ms水平)。

5.ControlNet
ControlNet有与DviceNet相同的CIP协议的应用层,因要求专用电缆,速度又不及Ethernet/IP 网,应用受限。

6.Ethernet/IP
Ethernet/IP是Profibus 和DviceNet 所用CIP协议的改进版,设备还是表示为属性和值的对象,使用传输控制协议(TCP)传输消息和数据,使用用户数据包协议(UDP)传送I/O数据,这样的安排是合理的,只是I/O数据的安全性差些,否则就更复杂了。基于8位以上的处理器和嵌入式TCP/IP中间件可实现Internet瘦服务器(支持IPv4和IPv6协议)。

7.ModBus/TCP
ModBus/TCP是真正建立在TCP/IP基础上的ModBus,仅是消息中不应包含CRC校验码字段,其余和ModBus一样。ModBus/TCP在设备市场上比较多见,比较容易得到。

8.ProfiNet
ProfiNet是基于Microsoft DCOM和RPC技术的以太网应用层协议的网络。用户可以通过访问默认的设备对象了解它的状态。它需要操作系统的支持,不过可以获得免费的改造过的Microsoft Windows、VxWorks和NetOS。因为操作系统已经预装了必要的程序,所以用Windows 访问网上的设备是相当容易的。

9.CANopen
CANopen是工作于CAN总线上的另一种应用层协议。DeviceNet是面向连接的,而CANopen才真正是面向对象的。广泛应用于欧洲,渐渗入美洲。它支持两种消息:大批量的服务消息SDO和小批量的过程数据PDO,前者分配低优先级后者高优先级。CANopen还支持网络安全管理协议NMT和基于对象字典的系统重构,是一种具有计算能力的网络平台。具有开放的行业规范可以自由使用,(在工业自动化PLC、智能交通、汽车电子、海事船舶、医疗手术室设备互联等诸多方面均有开放的国际化行业规范)。
CANopen具有良好的网络兼容性(适于CAN2.0B网络的全波特率)可接入Internet网。

10.嵌入式以太网供电技术发展迅速
尽管过去诸多工业网受大厂的影响较大,但现在已有不少工业网吸纳Ethernet进行改造,克服传统Ethernet不能保证确定性的弱点,Ethernet进入工业控制网是前途无量的。

2004年众多国际知名半导体公司开发出了基于IEEE802.3af标准的PoE芯片(嵌入式以太网、网络供电标准)使得基于以太网的IP电话、IP摄像机、智能安防、工业控制网关等各种嵌入式设备更方便得到应用。通过RJ45供电可以给各种应用带来方便和安全,根据市场调查公司 Venture Development Corp 的调查显示,PoE 集成电路的全球销量预计会由 2004 年的 1.33 亿颗增加至 2007 年的 4.96 亿颗,复式年增长率高达 55%。由此可以看出嵌入式以太网技术在全球得到了普遍应用。

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