多重网络是什么意思

多重网络是什么意思

多重网络是指包括使用各不相同的通信媒体的一个以上的网络群组,对网络群组内存在的多个家电器件进行整合控制的网络管理器；将从各网络群组接收的数据进行转换并传送给网络管理器,同时将从网络管理器接收的数据转换为适合于各网络群组的数据并进行传送,从而在使用各不相同的通信媒体的网络群组之间实现通信连接的通信媒体转换器. 多重网络——现场设备网络 在现场网络化领域一直没有找到具有连贯性或稳定性的解决方法.当我们刚刚认为现场网络工作不可能稳定的时候,2004年和2005年基于以太网的网络化发生了令人难以置信的发展. 搭建多重网络设备应该是2005年最实际的设备网络化方案了.系统要保证legacy串口与CAN网的兼容性,同时提供基于CAN网程序的网络服务器接口.基于浏览器安装,能发现并解决问题以及在线文档都可以系统自身解决. 一、多重网络的硬件平台 要建设多重网络,需要许多战略设备,包括子卡、CAN外部控制器和网关.一种新型的可行方法是选择内嵌以太网和CAN控制器的处理平台.这些处理器将串口、CAN和以太网的信号连接一个信号包,使其价位相对于离线以太网或CAN解决方案来说更具竞争力. 来自Freescale半导体的Cold Fire系列32位处理器是双重网络控制器的典型代表.它们多数都将以太网和CAN控制器整合到同一模型中,其中有些内嵌了闪存.Freescale的MCF523x处理器系列是下一代ColdFire嵌入式存储器的典型. 二、RTOS与TCP/IP协议栈 实时操作系统RTOS是分配CPU完成控制与通信任务的嵌入式系统.在讨论RTOS之前,很有必要说明一下许多系统放弃在现场网络中使用RTOS的两个原因：花费太高而且产品简单是他们不使用RTOS的原因.但是像Freescale的ColdFire产品这样的高级处理器没有RTOS是不能实现的,所以2005年很少会提及它的花费——这是人们放弃它的主要原因.事实上,喜爱使用RTOS方案的用户了解真实的价格状况,而非RTOS方法会隐瞒其价格.首先,任何以太网方案都需要TCP/IP协议栈.不要小看这个免费的协议栈,其实在进出的时候总是收费的.当购买了TCP/IP协议栈后,你会发现它的花费未必少,甚至更多,这是因为其实RTOS中包含TCP/IP协议栈.第二,没有RTOS系统,设计者经常需要执行一些内部日程安排表.没有RTOS的系统实际都是比较复杂的,他们使用自产的RTOS来替代,这会造成庞大的后续支出.随着时间的推移,想在自产操作系统中添加新特性变得十分困难,这是由于它不易改变的性质所造成的.结果没有RTOS方案的花费会超过产品的生命周期. 缺少复杂性是RTOS不被采用的另一个原因.本文中,我们讨论的是包含以太网、CAN以及一个或更多串行通信端口的多重网络系统.从定义上来说,拥有这些网络接口的系统本身就是复杂的,并且需要RTOS对网络接口的复杂性和完全服务进行管理.如果系统可以提供DeviceNet、以太网/IP和Modbus TCP通信的话,系统是不可能简单的. 多数加强控制程序（包括多数控制部件移动的系统）需在三种要计算的情况下分配CPU资源：高级控制算法、低级控制功能和网络连接.高级控制算法是计算程序如何被控制的,这些算法是十分复杂的,需要占用大量的内存和CPU资源.低级控制功能（比如定时功能）似乎十分简单,但是需要较长的等待时间.为了保证服务,低级控制功能很可能干扰信号,而这些由低级控制功能造成的中断干扰将会影响高级控制算法的执行与表现. ColdFire处理器支持将高级控制算法和低级控制功能集成于统一块新品上.当ColdFire 的CPU执行RTOS和高级控制算法时,将会启用名为eTPU的协处理器（内嵌定时处理单元）来处理所有定时干扰并完成低级控制功能.低级控制功能不会受到转换带来的影响,同时高级控制也不会被高速干扰中断. 相比而言,其他多数处理器没有处理低延迟干扰的资源,因此必须占用CPU资源来满足实时要求.协处理器eTPU解决了核心问题,使ColdFire CPU可以专心解决高级控制代码. 三、选择网络应用层协议 不管是否选择RTOS处理器平台,多重网络系统都需要一套网络协议.这些软件可以处理位数据与字节数据的转换,并通过网络将数据传送到相应的程序上去.对于现场网络来说,只需要一小套应用层协议.总体来看有以下几个协议. Modbus（串口）.Modbus是所有网路通信最早的标准,而且是列表中唯一的串口通信标准.每个设备都是由寄存器（16位无符号整数）和线圈（位）组成的.协议是由一套由简练信息帧构成的指令集.设计者根据Modbus的容量执行串口驱动程序,所以从这些新的遗留设备中发送或接受的信号仍然十分重要. DeviceNet（CAN）.DeviceNet是当今美国最重要的输入/输出（I/O）协议,是基于CAN技术的应用层协议.CAN支持单总线降压拓扑结构.尽管CAN可以支持数千个结点并使数据的传输速率达到1M波特,但是DeviceNet会将网络结点数限制为64个,波特率控制为125K、250K和500K.DeviceNet是以主从关系为连接基础的网络,主站设备向从站发出请求连接,可为非控数据和输入输出数据提供协议连接.一旦建立了输入输出连接,主站可通过论询、循环或逢变则报通信模式与从站进行连接. CANopen（CAN）.CANopen是另一个CAN应用层协议.不同的是DeviceNet更具连接导向,而CANopen更具信息导向.CANopen支持两类基础信息：服务数据信息和进程数据信息.服务数据信息是大型低优先级信息,而进程数据信息是小型高优先级数据.CANopen不是基于连接的,而是支持对等信息的协议.在量产模式下,CANopen设备只负责生产数据,而不关心谁去使用它.CANopen被欧洲广泛接受,在美国的认可度也在提升. EtherNet/IP.EtherNet/IP是应用于ControlNet和DeviceNet的控制与信息协议（CIP）技术的升级版.网络中每个设备都被视为一系列对象的属性值.EtherNet/IP使用TCP（传输控制协议）来传递信息数据,用UDP（非连接设备协议）来传递输入输出数据.EtherNet/IP是以太网与Rockwell自动化现场设备的通信标准. Modbus/TCP.Modbus/TCP就是应用在TCP/IP之上的Modbus.Modbus/TCP使用与Modbus有相同属性和功能的寄存器（16位无符号整数）和线圈（位）.除了Modbus/TCP的信息中不包含循环冗余检查字段（CRC）外,Modbus和Modbus/TCP的所有信息都是一样的.由于Modbus很简单,它可以在现场设备系统中广泛实现. 四、高效率创建多重网络系统 多重网络系统需要附加硬件组件和分层软件模块来提供超过产品生命周期的可靠的、可扩展系统.完成这个任务的一个办法是选择多厂家的物理接口、RTOS系统、TCP/IP栈和应用层协议.但当是单网络系统时,这个方法是很危险的,其危险性甚至超过使用多物理接口和多重应用层协议来处理多重网络. 一个更加高效、危险性小的方法的是选择同一厂家提供的整合了所有物理接口、RTOS系统和应用层协议的包.比如Freescale的联合设计项目（DAP）,他们与ROTS和网络软件厂家结成战略伙伴,为用户提供了大量选择.这样设计的多重网络系统可以选择任意DAP项目厂家的软件模块,这些软件模块已经被整合到Freescale的硬件平台上. 不管你喜欢哪个厂家的芯片产品,如果你想建设多重网络平台,那就应该选择高集成度的平台,这样不但能减少危险,降低消耗和资源使用还能节约你进入市场所需的时间.