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  • 工业以太网协议EtherCAT主开源协议栈,在mbed上有对应的移植到STM32上应用。 工业以太网协议EtherCAT主开源协议栈,在mbed上有对应的移植到STM32上应用。
  • CH392 是以太网协议栈管理芯片,用于单片机系统进行以太网通讯。 CH392 芯片自带 10M 以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY),完全兼容 IEEE802.3 协议, 内置了 IP、DHCP、ARP、ICMP、IGMP、UDP、TCP 等以太网协议...
  • IEEE 802.3是工作组和工作组制定的电气和电子工程师协会 (IEEE)标准的集合,该工作组定义了有线以太网的物理层和数据链路层的介质访问控制 (MAC)。 这通常是具有一些广域网 (WAN)应用的局域网(LAN)技术。 ...
  • 车载DOIP以太网协议

    2018-06-07 16:22:33
    新一代车载以太网诊断协议,替代15765,ISO 13400,1-5
  • 第八讲:工业以太网协议在软件定义工业互联网工厂内网中的接入方法.pdf
  • 对以太网全硬件TCP/IP协议栈的简单认识-w5500以太网协议基本认识.pdf
  • 一系列以太网协议报文格式归纳详解,包括ip tcp udp等协议!
  • IEEE 802.3-2015 以太网协议. pdf 官方文档,ReadMe.txt中有附官方下载地址,非扫描版,含有目录,可以跳转,可搜索。方便查看和使用 2017年11月24日
  • 以太网协议

    千次阅读 2018-11-23 15:38:52
    以太网协议中,目的地址分为三种单播地址、广播地址、多播地址,其中单播地址如上面A给B主机发送,其接收者为一个,并且其目的地址的最高字节的低位为0, 以太网多播地址48位中的最高字节的低位为1,如 01:00...

    以太网(Ethernet)

    以太网是一种局域网技术,其规定了访问控制方法、传输控制协议、网络拓扑结构、传输速率等,完成数据链路层和物理层的一些内容,它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法,其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入(Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection),另外的一些局域网技术有令牌环网,无线LAN等。

    以太网协议

    TCP/IP四层模型中,以太网协议采用RFC894格式,如下图:
    在这里插入图片描述

    其中目的地址和源地址指的是MAC地址,即设备的物理地址。MAC地址用于标示网卡,每个网卡都具有唯一的MAC 地址
    在这里插入图片描述

    当在同一个局域网中,主机A需要给主机B发送消息时,主机A将以太网桢发出,此时局域网中所有主机均可收到这个桢,主机中的网卡接收到以太网桢后,会将目的MAC地址和自己的MAC地址进行比较,如果不相同就会丢弃,如果相同则会接收,此时则B主机就收到了A的消息。
    以太网桢中的类型指的是,其内部数据的协议类型,如果中间是IP数据报则协议类型为0800, 如果是ARP请求或者应答,则为0806,类型占两个字节
    其最后面是CRC循环冗余码,用于差错控制,即检验桢的正确性
    最后就是以太网桢为了提供足够快的响应速度具有长度限制,其数据部分的最大长度受到MTU控制, 最小长度不能小于46字节,如ARP请求为28位,为了满足最小长度需要填充到46位(PAD)

    MTU(最大传输单元)

    MTU是根据不同类型的网络给出的最大传输单元的限制,如以太网的MTU为1500字节,16MB/s的令牌环(IBM)的MTU 为17914字节,其作用是为了保证网络有足够快的响应速度,另外MTU 指的是以太网桢数据部分的长度,并非以太网桢的长度。假设需要发送的UDP数据报长度大于MTU减去IP首部长度,此时数据报在IP层就会进行分片。
    在这里插入图片描述

    单播 多播 广播

    在以太网协议中,目的地址分为三种单播地址、广播地址、多播地址,其中单播地址如上面A给B主机发送,其接收者为一个,并且其目的地址的最高字节的低位为0,
    以太网多播地址48位中的最高字节的低位为1,如 01:00:00:00:00:00 ,只要这一位为1均为多播地址,‘
    以太网广播地址可以看作特殊的多播地址其48位全为1 11:11:11:11:11:11,
    当网卡收到一个桢后查看桢检验和,如果桢检验和出错则丢弃,然后进行桢过滤,检验其桢是否具有合法的桢类型,其目的地址是否和自己的物理地址相同,或者是否是多播地址,然后根据帧类型进行分用。
    另外网卡可以设置为混合模式,可以接受每个收到的桢的一个复制,tcpdump采用这种方法。

    参考:《TCP/IP详解卷1:协议》 LawrenceBerkeley

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  • 网络协议之以太网协议解析

    千次阅读 2020-04-18 18:03:34
    Ethernet :以太网协议,用于实现链路层的数据传输和地址封装(MAC) 封装原理: 以太网的数据帧格式如下图所示: 它由6个字节的目的MAC地址,6个字节的源MAC地址,2个字节的类型域(用于标示封装在这...

    Ethernet :以太网协议,用于实现链路层的数据传输和地址封装(MAC),以太网是局域网使用最广泛的协议,由于部署简单,价格低廉,被IEEE委员会标准化。

     

    封装原理:

     

    以太网的数据帧格式如下图所示:

     

    它由6个字节的目的MAC地址,6个字节的源MAC地址,2个字节的类型域(用于标示封装在这个Frame、里面的数据的类型)。接下来是46-1500字节的数据和4字节的帧校验。

     

       前同步码:8字节,前7个0,1交替的字节(10101010)用来同步接收站,一个1010101011字节指出帧的开始位置。报头提供接收器同步和帧界定服务。

     

       目标地址:标识目的通信方的MAC地址,6个字节,单播多播或者广播。单播地址叫个人、物理、硬件或MAC地址,广播地址为全1,  0xFF FF FF FF 。

     

       源地址:标识发送端的MAC地址,6个字节,指出发送节点的单点广播地址。

     

       以太类型:2个字节,用来指出以太网帧内所含的上层协议。即帧格式的协议标识符。对于IP报文来说,该字段值是0x0800。对于ARP信息来说,以太类型字段的值是0x0806。

     

    以太类型值(16进制)对应协议 

    0x0000 -0x05DC          IEEE 802.3 长度  

    0x0101-0x01FF     实验  

    0x0600                              XEROX NS IDP  

    0x0660-0x0661                DLOG  

    0x0800                               网际协议(IP)  

    0x0801                             X.75  Internet  

    0x0802                             NBS Internet  

    0x0803                             ECMA Internet  

    0x0804                              Chaosnet  

    0x0805                               X.25 Level 3  

    0x0806                               地址解析协议(ARP : Address Resolution Protocol) 

    0x0808                             帧中继 ARP (Frame Relay ARP) [RFC1701] 

    0x6559                             原始帧中继(Raw Frame Relay) [RFC1701] 

    0x8035                               动态 DARP (DRARP:Dynamic RARP)反向地址解析协议(RARP:Reverse Address Resolution Protocol) 

    0x8037                               Novell Netware IPX  

    0x809B                              EtherTalk  

    0x80D5                              IBM SNA Services over Ethernet  

    0x80F3                      AppleTalk 地址解析协议(AARP:AppleTalk Address Resolution Protocol) 

    0x8100                             以太网自动保护开关(EAPS:Ethernet Automatic Protection Switching) 

    0x8137                             因特网包交换(IPX:Internet Packet Exchange) 

    0x814C                             简单网络管理协议(SNMP:Simple Network Management Protocol) 

    0x86DD                              网际协议v6(IPv6,Internet Protocol version 6) 

    0x8809                             OAM 

    0x880B                              点对点协议(PPP:Point-to-Point Protocol) 

    0x880C                             通用交换管理协议(GSMP:General Switch Management Protocol) 

    0x8847                      多协议标签交换(单播) MPLS:Multi-Protocol Label Switching <unicast>) 

    0x8848                      多协议标签交换(组播)(MPLS, Multi-Protocol Label Switching <multicast>) 

    0x8863                      以太网上的 PPP(发现阶段)(PPPoE:PPP Over Ethernet <Discovery Stage>) 

    0x8864    以太网上的 PPP(PPP 会话阶段) (PPPoE,PPP Over Ethernet<PPP Session Stage>) 

    0x88BB                      轻量级访问点协议(LWAPP:Light Weight Access Point Protocol)  0x88CC  链接层发现协议(LLDP:Link Layer Discovery Protocol) 

    0x8E88                             局域网上的 EAP(EAPOL:EAP over LAN) 

    0x9000                             配置测试协议(Loopback) 

    0x9100                             VLAN 标签协议标识符(VLAN Tag Protocol Identifier) 

    0x9200                               VLAN 标签协议标识符(VLAN Tag Protocol Identifier)  

    0xFFFF                              保留

     

    帧检验序列:4个字节。验证比特完整性。

    以太网协议中的数据:指的是包含上层各种协议头在内和真正实际数据的总和

    相关知识点解析:

    1.MAC地址

    ①所有设备的MAC地址都是全球唯一的;

    ②MAC地址是16进制表示的,长度为48bit,采用冒号分16进制表示;

    ③MAC地址前半部分被称为“OUI代码”厂商唯一标志符,用于唯一标志一个企业/公司,例如思科、TP-LINK、华为;后半部分厂商自行分配,B8:bc:1b表示华为OUI代码,极路由Hiwifi的OUI代码为d4:ee:07

     

    2.有效负载:由一个上层协议的协议数据单元PDU构成。可以发送的最大有效负载是1500字节。由于以太网的冲突检测特性,有效负载至少是46个字节。如果上层协议数据单元长度少于46个字节,必须增补到46个字节。如下抓包中的padding字段就是数据小于46个字节,填充的0

     

    3. 以太网协议仅仅是链路层/局域网通信中的一种标准,还有其他链路层协议,令牌网、总线网、FDDI等,以太网帧结构按IEEE划分还包括IEEE802.3和IEEE802.2标准,细分如下:

    展开全文
  • 前现场总线体系中,基于以太网的通信协议除了现场总线应用行规国际标准IEC 61784-1中包含的HSE、Ethernet/IP、Profinet之外,还包括EPA、EtherCAT、Ethernet PowerLink、VnetiIP、TCnet、Modbus/IDA等6个新的提案。...
  • 本文主要介绍现今比较流行的几种实时以太网协议,以及它们如何在工业以太网的基础上对协议进行改进,以满足工业现场对实时通信的要求。  1 概述  在工业控制系统中,现场总线技术的发展使智能现场设备和自动化...
  • IEEE 802.3-2015 以太网协议 共6部分 支持跳转、跨文档跳转(前提是文件名不能更改)
  • IEEE 802.3-2015 以太网协议.zip
  • IEEE 802.3 通常指以太网。一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法,在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式,对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
  • 为解决工业控制系统信息安全问题,对工业以太网协议安全进行深入研究,报告了协议安全防护的研究现状。首先论述了工业控制系统和工业以太网协议的体系结构,分析了5种主要协议的脆弱性。其次从外部主动防御技术、...
  • 工业以太网协议EtherCAT从开源协议栈,在mbed上有对应的移植到STM32上应用。 工业以太网协议EtherCAT从开源协议栈,在mbed上有对应的移植到STM32上应用。
  • 以太网协议报文格式,介绍了TCP/IP协议簇,以太帧类型,不同类型的帧封装格式。
  • 以太网协议号字段定义

    千次阅读 2018-07-23 12:09:29
    当前使用的以太网协议一般指EthernetII协议,它是Xerox与DEC、Intel等公司在1982年制定的以太网标准帧格式,在当时是一种事实工业标准。到1985年,IEEE又发布了802.3/802.2以太网标准。这两种标准都规定以太网MAC...

    当前使用的以太网协议一般指EthernetII协议,它是Xerox与DEC、Intel等公司在1982年制定的以太网标准帧格式,在当时是一种事实工业标准。到1985年,IEEE又发布了802.3/802.2以太网标准。这两种标准都规定以太网MAC地址为6字节,但对以太网首部第13、14字节的定义却不同。在EthernetII中,对这两字节的定义为上层协议类型字段,而在802.3中,却将这两字节定义为以太网帧的载荷长度。在目前的大多数以太网应用场景中使用的都是EthernetII帧结构,因此这两个字节一般被称为EtherType字段,即以太网类型;但在部分场景下,例如交换机之间的BPDU(桥协议数据单元)数据包则是IEEE802.3的帧,其中的EtherType字段表示的就是帧载荷长度。

    为了兼容这两种标准,IEEE在分配EtherType字段值时对这两个字节进行了复用。由于以太网帧本身有长度不得超过1500字节的限制,因此EtherType字段表示长度时其取值范围必定在0000-05DC之间。IEEE规定上层协议申请的EtherType编号必须大于0600,这样就可以通过以太帧中EtherType字段的取值范围来确定该帧是EthernetII协议帧还是802.3协议帧。目前大部分的网卡都支持接收EthernetII和802.3以太帧,就是通过这个字段的取值来区分帧类型的,但一般网卡发送帧时只支持EthernetII。

    EtherType编号的申请和管理由IEEE Registration Authority负责,虽然不由IANA负责,但也能在https://www.iana.org/assignments/ieee-802-numbers/ieee-802-numbers.xhtml#ieee-802-numbers-1中查看当前编号列表。

    对以太帧格式的详细介绍可以参考《以太网的几种标准》:https://blog.csdn.net/fall221/article/details/47861335

    展开全文
  • IEEE Std 802.3ab 以太网协议 千兆网以太网技术协议 文字版 带目录
  • 常用工业以太网协议性能及应用

    千次阅读 2018-08-30 09:01:17
    随着工业4.0概念的不断深入,世界制造业正逐步从数字化领域转向...目前的工业网络组态都是基于现有的工业以太网技术而实现的,其主流的工业以太网协议主要有:Modbus ,EtherNet/IP ,EtherCAT ,SERCOS Ⅲ ,PROFINE...

    随着工业4.0概念的不断深入,世界制造业正逐步从数字化领域转向智能化领域,其对于提高人员使用效率,最大化产能,节约生产成本以及无人现代化工厂建设有着重要意义。但无论是数字化工厂或智能化工厂,都离不开基本网络通讯的支持。目前的工业网络组态都是基于现有的工业以太网技术而实现的,其主流的工业以太网协议主要有:Modbus ,EtherNet/IP ,EtherCAT ,SERCOS Ⅲ ,PROFINET ,EtherNet Powerlink。本文主要用于讨论,不同工业以太网协议之间的性能差异以及适用的环境,并基于硬/软设施对网络环境应用需求,讨论不同工业协议应用。

    工业以太网
    工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制中应用以太网的相关组件和技术,工业以太网采用TCP/IP协议,和IEEE 802.3标准兼容,通过在应用层加入特有的协议,以应用于不同的环境。以太网在工业程序的应用需要体现实时性,而许多以太网技术可以使以太网适用在工业应用之中,通过利用标准以太网,可以提升工厂内部不同设备之间的互连性。目前大多数工业应用对应的实时等级需求如图所示。
    图1 实时等级和应用领域
    工业以太网的通信架构通常都以主、从站的方式进行搭建,且通过标准的硬件接口以实现设备互连。但这样的方式通常受限于不兼容的通信协议,即主、从站都需要使用相同的通信协议,才能通信,并且不同的工业环境及设备对通讯传输性能的需求也不同,以下将从使用性能,适用环境,应用设备等角度,阐述常用的工业以太网通讯协议。
    1. Modbus
    Modbus是一种串行通信(方式:串行、并行)协议,由施耐德电气公司开发,采用master/slave架构及异步半双工通信方式,可以使一个主站对应多个从站进行双向通信。
    特点在于Modbus协议完全公开,软硬件需求简易,且易于部署和维护。Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持IP协议的网络版本,大多数Modbus设备通信时基于串口EIA-485物理层进行。
     工作方式
    Modbus是采用mater/slave的通信结构,在整个通讯架构的节点中有一个节点时mater节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点,每一个slave设备都有一个唯一的IP地址,在整个通讯网络中,只有被指定为主节点的设备可以发布启动指令。一个Modbus指令包含了slave设备的Modbus地址,指令传输过程中所有设备都会收到命令,但只有指定位置的设备会执行及回应指令(采用广播模式时,所有接受到指令的设备都会运行,且不会回应指令)。
     性能
    Modbus通过采用master/slave通信架构最多可以支持约240个设备连接在同一个网络上通信,但可能会存在高延迟(串行通讯)和时序问题,其响应时间取决于slave节点的位置。
    Modbus命令中都包含了检查代码,以确定发送的指令没有被破坏。通过master/slave方式定时收发数据,在实际使用中可以用于诊断故障断点,且通讯恢复后可以自动连接,可靠性较好。
     应用领域
    Modbus最初的使用主要是为了实现PLC通信,目前被广泛用于基于PLC的运动控制系统、DCS分布式控制系统及工业电子设备控制等领域,也可以用于监控计算机与远程总段控制系统的通讯连接。具体应用如:伺服电机的运动控制,传输带计数器,编码器,电子看板,私服程序下载,自动化生产线等。

    1. EtherNet/IP
      EtherNet/IP是一个开放的工业以太网通讯标准,是通用工业协议中的一部分,由洛克威尔自动化公司开发。EtherNet/IP是应用层的协议,将网络上的设备视为“物件”。EtherNet/IP以通用工业协定(CIP)为基础而架构,可以支持来自ControlNet及DeviceNet网络上的物件的存取(其也使用以太网物理层,架构在TCP/IP协议上)。
      特点在于EtherNet/IP设备可以采用UDP/IP(用户数据报文协议)隐式传送基本I/O资料;可以采用TCP/IP(传输控制协议)显示报文上传或下载数据;可以采用主站轮询、从站周期性更新或是状态改变(COS)时更新的方式,便于主站监控从站状态,讯息以UDP 报文的形式传输;可以采用一对一、一对多或是广播的方式,通过TCP报文进行数据传输。
       工作方式
      EtherNet/IP在标准以太网硬件上运行,并同时使用TCP/IP和UDP/IP进行数据传输。由于生产者/消费者模式为CIP协议所支持,EtherNet/IP采用不同的通信机制来处理,例如周期性轮询,时间或事件触发,多波或简单的点对点连接,CIP应用协议分为“隐性的”I / O消息和“显性的”用于配置和数据采集的请求/应答报文。当显性信息嵌入到TCP帧,实时应用数据通过UDP发送,因为后者格式更紧凑且开销小。采用星型网络拓扑结构,并通过交换机点以对点挂钩连接方式防止数据碰撞。
       性能
      EtherNet/IP网络采用商用以太网通信芯片、物理介质和星型拓扑结构,采用以太网交换机实现各设备间的点对点链接,能同时支持10Mbs和100Mbps传输速率(差别在于以太网标准和配线)。
      能够实现10ms左右的软实时性能,结合CIP sync和CIP Motion两种CIP派生协议,以及分布式时钟方法(精确节点同步)可使其达到极低的循环周期和抖动,以应用于伺服电机的驱动与控制(调研:最大响应时间应低于1ms)。
       应用领域
      EtherNet/IP可以用在一些可容许偶尔出现少量非决定性的自动化网络(即存在数据碰撞而引起的延时),一般应用于一些流程工业领域,其实时性等级一般在5ms-100ms。
      EtherNet/IP是一个工业使用的应用层通讯协定,可以使控制系统及其元件之间建立通讯,例如可编程逻辑控制器、I/O模组(伺服控制系统,传感系统)等,使得它能够用于伺服电机的控制与驱动(响应时间1ms以下)。
      此外,EtherNet/IP还用于ABB机器人、CNC、AGV小车(无线传输技术、TCP/IP协议,通过ping测试延时大约50ms能够满足需求。)

    图2 应用CIP的EtherNet/IP
    3. EtherCAT
    EtherCAT(Control Automation Technology),也被称为以太网控制自动化技术,是一个开放架构。EtherCAT是确定性的工业以太网,由德国的Beckhoff公司研发。自动化对通讯一般会要求较短的资料更新时间(或称为周期时间)、资料同步时的通讯抖动量低,而且硬件的成本要低,EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。
     工作原理
    EtherCAT采用“飞速传输”(processing on the fly)的技术,基于集束帧方法:由EtherCAT主站发送包含网络所有从站数据的数据包。在EtherCAT网络中,当资料帧帧通过每一个设备(直达 I/O 端子模块)时,EtherCAT 从站控制器读取与该设备相关的数据。同样,输入数据可以飞速插入至数据流中(或从数据流中交换数据到节点设备)。帧被传递(仅被延迟几位)过去的时候,从站会识别出相关命令,并进行相应处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的,因此与协议堆栈软件的 Run-Time 系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT 从站将经过充分处理的报文发回,这样该报文就作为一种响应报文由第一个从站返回到主站。且为了支持100 Mbit/s的波特率,必须使用专用的ASIC或基于FPGA的硬件来高速处理数据。因此,EtherCAT网络拓扑最终构成一个逻辑环。

    EtherCAT运行原理
    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/EthercatOperatingPrinciple.svg
     性能
    EtherCAT的周期时间短,是因从站的微处理器不需处理以太网的封包。所有程序资料都是由从站控制器的硬件来处理。每个节点接收及传送资料的时间少于1微秒,一般而言只用一个帧的资料就可以供所有的网络上的节点传送及接收资料。此特性再配合EtherCAT的机能原理,使得EtherCAT可以成为高性能的分散式I/O系统,例如:
     包含1000个分布式数位I/O出的程序资料交换只需30us,其中包括端子模块的周期时间。
     通过一个以太网帧,可以交换高达 1486 字节的过程数据,几乎相当于 12000 个数字量 I/O。而这一数据量的传输仅用 300 μs。
     与 100 个伺服轴的通讯只需 100 μs。在此期间,可以向所有轴提供设置值和控制数据,并报告它们的实际位置和状态。其中分布式时钟技术保证了这些轴之间的同步抖动小于 1 微秒。
    并且EtherCAT技术的原理具备拓展性,并不局限于快速以太网(100Mbit/s),可以扩展至1000Mbit/s。
     应用领域
    伺服控制系统(低于1ms),实时控制系统;分布式 I/O系统、;轴和控制单元;现场总线主站,高速串行接口。未来EtherCAT会更加偏重应用于智能电网、航空航天、产业机械、医疗等领域。

    1. SERCOS Ⅲ
      Sercos III是一个免费提供的全球标准化开放式的数字接口实时通信标准,SERCOSIII不仅有特定的物理层连接的硬件架构,同时SERCOS接口的协议结构和应用规范的定义也是特定的。SERCOSIII是SERCOS的第三代,SERCOS于1985年被推向市场,是一个标准的遵循IEEE802.3的数据传输协议,这个通信系统最初使用在基于运动控制的自动化系统,一个已注册的协会-SERCOS国际协会,支持这项技术的发展并保持标准的一致性。
       工作方式
      Sercos是一种确定性的基于以太网的自动化总线,它使用集束帧方式进行高效通信。网络节点必须采用菊花链或封闭的环形拓扑,由于以太网具有全双工能力,菊花链实际上已经构成一个独立的环。因此对于一个环形拓扑实际上相当于提供一个双环,使得它允许冗余数据传输。直接交叉通信能力是由每个节点上的两个端口来实现,在菊花链和环形网络,实时报文在他们向前和向后时经过每个节点,因此,节点具有在每个通信周期中相互通信两次而无需经过主站的能力,无需经过主站对数据进行路由。除了实时通道,它也使用时间槽方式进行无碰撞的数据传输,SERCOSIII也提供可选的非实时通道来传递异步数据。
       性能
      极高的硬实时性能以及同步通信要求,一般循环周期在25μs左右,抖动限制在纳秒级。
      在跨Sercos III网络的通信中严格严格控制循环间隔,为给定的应用选择循环时间,范围从31.25μs到65ms。
      SERCOSⅢ基本循环周期
       应用领域
      Sercos III是是全球标准化的开放式数字接口,用于工业控制,运动设备,输入/输出设备(I / O)和标准以太网节点之间的通信。具体在传统CNC和机器人领域,工程系统,人机界面等,其中在CNC的应用中更侧重于控制。

    2. PROFINET
      PROFINET是一个开放式的工业以太网通讯协定,由SIEMENS和PROFIBUS用户组织PNO的成员公司共同开发。可分为PROFINET CBA及PROFINET IO二种:PROFINET CBA适合经由TCP/IP,以元件为基础的通讯,PROFINET IO 则使用在需要实时通讯的系统,且两种模式可以在一个网络中同时出现。其中PROFINET IO是为分散式周边的实时(RT)及等时实时(IRT)通讯方式两种。
       工作原理
      采用生产/消费者模型结合总线循环时间分配技术,通过分配传输通道,来保证非实时传输与实时传输过程的相对的独立,以独特的时间控制器,来进一步分配每个循环周期的时间,进而保证通信循环周期的高度稳定性。

    数据传输模式

    总线循环时间分配技术
     性能
    PROFINET TCP/IP是针对PROFINET CBA及工厂调试用,其反应时间约为100ms。
    PROFINET RT(实时)通讯协定是针对PROFINET CBA及PROFINET IO的应用,其反应时间小于10ms。
    PROFINET IRT(等时实时)通讯协定是针对驱动系统的PROFINET IO通讯,其反应时间小于1ms。其采用了专用的芯片来实现,可以达到 100 个伺服 100uS 的数据刷新能力,系统抖动为 1uS。
     应用领域
    主要应用于Siemens产品,但由于profinet自身的三种传输等级特性,以及市场的主导地位,目前被应用在I/O控制系统(自动化控制)、I/O监控系统。具体在数控机床(西门子)控制、同时应用在机器人控制、电气控制系统等领域。
    6. EtherNet Powerlink
    Ethernet Powerlink是标准以太网的确定性实时协议。它是由以太网POWERLINK标准化组织(EPSG)管理的开放协议。由奥地利自动化公司B&R于2001年开发。Powerlink 的优势在于采用纯软件方式的协议,却可达到硬实时的性能。提并且供了所有标准的以太网功能特点包括交叉通信和热插拔,允许网络以任意方式进行拓扑。
     工作方式
    POWERLINK的基本传输周期分为实时和非实时域,其采用时隙和轮询混合方式来实现数据的同步传输。为进行协调,网络中指定PLC或工业PC作为管理节点(MN)。该管理节点运行周期性时隙的调度并据此来同步所有网络设备,并控制周期性数据通信。所有其他设备运行为受控节点(CN)。在每个同步周期阶段,MN以固定的时间序列逐次向CN发送 “轮询请求桢PReq”。每个CN以PRes方式立即响应这个请求并传输数据,所有其他节点可以侦听这个响应。

    Powerlink基本传输周期
     性能
    一个POWERLINK的周期包括三个部分。在开始阶段,MN发送了循环启动SoC帧给网络中的所有节点,以同步网络中的所有设备,抖动大约20纳秒。
    目前实现的周期时间小于200μs,时间精度(抖动)小于1μs。
     应用领域
    POWERLINK非常适合各种自动化应用,包括I / O,运动控制,机器人任务,PLC与PLC间的通信,以及显示任务。

     当前主流协议性能对比
    PS:真正的实时以太网应用是指Ethernet POWERLINK、EtherCAT、SERCOSIII。

    文章链接:
    http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_42/ourdev_656235U1LZCT.pdf
    https://wenku.baidu.com/view/ab2e3a156edb6f1aff001f26.html

     相关参考数据
    高性能同步处理、电子传动实时性需求1μs-1ms;
    CNC、机器人、高速处理过程50μs-10ms;
    传输系统、简单控制过程、软实时自动化控制过程1ms-100ms;
    楼宇控制技术(灯光,温控等系统)、仓储系统、控制和自动化生产系统不低于10ms;
    标准工业应用的实时性要求5ms以下;
    运动控制,要求参与通讯的终端设备周期同步,且周期小于1ms;
    伺服控制与驱动(响应时间1ms以下);
    AGV无线通讯(通讯延时50ms可以满足需求);
    CNC 插补计算、机器人的坐标转换,目前国内的水平维持在 5mS 左右的应用水 平,而欧美的主要厂商如 KUKA、ABB、Staubli 的机器人系统则要求更高的速度处理,小于 100uS;

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