1工业以太网协议概要设计word资料13页.docx

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1工业以太网协议概要设计word资料13页

北京/杭州和利时公司技术文件

文件名称：

工业以太网协议概要设计说明书

文件编号：

A05-B13-000248

项目名称：

工业以太网协议开发

项目编号：

A0506B

物料编码：

文件密级：

机密

受控标识：

第1册

共14页

共1册

版本

状态

拟制

审核

批准

批准日期

修订信息

A

CFC

方垒

刘伟

施波

2019.3.26

相关部门/人员会签：

文件

发放

（接收文件的部门或人员）

替换旧版文件；替换：

文件修订页

要练说，得练听。

听是说的前提，听得准确，才有条件正确模仿，才能不断地掌握高一级水平的语言。

我在教学中，注意听说结合，训练幼儿听的能力，课堂上，我特别重视教师的语言，我对幼儿说话，注意声音清楚，高低起伏，抑扬有致，富有吸引力，这样能引起幼儿的注意。

当我发现有的幼儿不专心听别人发言时，就随时表扬那些静听的幼儿，或是让他重复别人说过的内容，抓住教育时机，要求他们专心听，用心记。

平时我还通过各种趣味活动，培养幼儿边听边记，边听边想，边听边说的能力，如听词对词，听词句说意思，听句子辩正误，听故事讲述故事，听谜语猜谜底，听智力故事，动脑筋，出主意，听儿歌上句，接儿歌下句等，这样幼儿学得生动活泼，轻松愉快，既训练了听的能力，强化了记忆，又发展了思维，为说打下了基础。

编

要练说，得练听。

听是说的前提，听得准确，才有条件正确模仿，才能不断地掌握高一级水平的语言。

我在教学中，注意听说结合，训练幼儿听的能力，课堂上，我特别重视教师的语言，我对幼儿说话，注意声音清楚，高低起伏，抑扬有致，富有吸引力，这样能引起幼儿的注意。

当我发现有的幼儿不专心听别人发言时，就随时表扬那些静听的幼儿，或是让他重复别人说过的内容，抓住教育时机，要求他们专心听，用心记。

平时我还通过各种趣味活动，培养幼儿边听边记，边听边想，边听边说的能力，如听词对词，听词句说意思，听句子辩正误，听故事讲述故事，听谜语猜谜底，听智力故事，动脑筋，出主意，听儿歌上句，接儿歌下句等，这样幼儿学得生动活泼，轻松愉快，既训练了听的能力，强化了记忆，又发展了思维，为说打下了基础。

号

要练说，先练胆。

说话胆小是幼儿语言发展的障碍。

不少幼儿当众说话时显得胆怯：

有的结巴重复，面红耳赤；有的声音极低，自讲自听；有的低头不语，扯衣服，扭身子。

总之，说话时外部表现不自然。

我抓住练胆这个关键，面向全体，偏向差生。

一是和幼儿建立和谐的语言交流关系。

每当和幼儿讲话时，我总是笑脸相迎，声音亲切，动作亲昵，消除幼儿畏惧心理，让他能主动的、无拘无束地和我交谈。

二是注重培养幼儿敢于当众说话的习惯。

或在课堂教学中，改变过去老师讲学生听的传统的教学模式，取消了先举手后发言的约束，多采取自由讨论和谈话的形式，给每个幼儿较多的当众说话的机会，培养幼儿爱说话敢说话的兴趣，对一些说话有困难的幼儿，我总是认真地耐心地听，热情地帮助和鼓励他把话说完、说好，增强其说话的勇气和把话说好的信心。

三是要提明确的说话要求，在说话训练中不断提高，我要求每个幼儿在说话时要仪态大方，口齿清楚，声音响亮，学会用眼神。

对说得好的幼儿，即使是某一方面，我都抓住教育，提出表扬，并要其他幼儿模仿。

长期坚持，不断训练，幼儿说话胆量也在不断提高。

章节

名称

修订内容简述

修订

日期

订前

版本

订后

版本

修订人

批准人

1

全部

创建

2019.3.24

V1.0

方垒

施波

1文档介绍

1.1文档目的

本文主要根据《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求，以及前期的技术预研，给出了实现“工业以太网协议”的具体思路，作为后续具体开发工业以太网协议的依据，同时也希望同级评审中能及时发现设计中的不妥之处。

1.2文档范围

主要涉及实现工业以太网的：

与应用层的接口、令牌环式主从协议的详细设计思路、调度算法的各项指标的估算。

1.3读者对象

MACSV网络应用开发人员以及工业以太网开发人员：

1.4参考文档

[SPP-PROC-PP]SEPG，需求开发规范，机构名称，日期

[EPSG-WP]作者，《POWERLINKDataTransportServicesWhite-PaperVersion:

0005》，ETHERNETPowerlinkStandardizationGroup，2019.9.27

[IOS]作者，《CiscoIOSRelease12_0》，CiscoSystemsInc.，2019

1.5术语与缩写解释

缩写、术语

解释

DRTE

DeterministicReal-TimeEthernet

EPSG

ETHERNETPowerlinkStandardizationGroup

PIM

立项管理，ProjectInitializationManagement

MAC

MediumAccessControl

802.3

以太网，CSMA/CD。

802.4

令牌总线，物理上是总线结构，逻辑上无主令牌传递

802.5

令牌环，物理上是一个环，逻辑上选主＋令牌传递

2背景：

工业以太网工作启动后，经过前几次讨论，初步确定了“工业以太网的用户需求”，为了满足《工业以太网协议--软件需求.doc》的要求。

通过对业界流行的几种工业以太网协议的比较，结合公司主流应用环境的特点，确定以POWERLINK协议为原形，参考802.4令牌总线、802.5令牌环两种协议，给出工业以太网协议的概要设计。

POWERLINK的成功证明工业以太网完全可以不改硬件，只对以太网软件改动就可以满足确定性实时的需求，令牌调度算法比POWERLINK简单的主从调度更适合我们公司非实时操作系统Windows与实时操作系统QNX混合的应用环境，前一段时间的一些试验数据验证了这一点。

3需求

详见《工业以太网协议--用户需求.doc》以及《工业以太网协议--软件需求.doc》。

归纳起来，工业以太网需求主要包括以下几点：

在公司各产品的实时通讯环节替代现在使用的TCP/IP协议栈，达到确定性实时通讯目的。

◆确定性：

应该采用周期性轮询策略而不是随机抢占；

◆实时性：

能在一个采样周期内将发送缓冲的采集数据及时传递给目的节点。

◆安全性：

避免网络风暴的产生和对系统的冲击。

一期开发工作要求：

在MACSV中使用工业以太网实现数据的采集。

满足两层网络结构的应用环境，即非实时的数据通过TCP/IP走管理网，而实时数据通过工业以太网协议走系统网，两层网络隔离，互不干扰。

二期开发工作要求：

满足一层网络结构的应用环境，即非实时的数据走TCP/IP协议，实时数据走工业以太网协议，但两种协议跑在同一层网络上。

操作员站

服务器

工程师站

IO站

服务器

IO模块

IO模块

系统网层采集数据走工业以太网协议

管理层数据走TCP/IP协议

控制网

4与应用层的接口

详见《工业以太网协议--接口定义.docc》。

与应用层的接口采用基于节点号＋端口的报文收发方式（类似UDP协议）。

图示如下，其中系统网与备份网各有一个独立的发送缓冲区，这样大量的双机备份包不会影响系统网的数据采集包。

应用层发送数据预先放在发送缓冲区，本节点被调度时由工业以太网协议一次性发送出去。

工业以太网接收到的数据按端口依次放到独立的接收缓冲区，各个应用程序分别接收自己端口的缓冲区数据，不会互相干扰。

5系统的体系结构

下图是整个软件体系结构图，它表示了挂接在以太网上的其中一个节点的软件分层组织情况。

图中可以看出：

工业以太网协议运行在windows2000，QNX425平台上，它采用分层模块化设计，应用层软件与工业以太网之间是通过共享缓冲区来进行数据交换的，令牌调度协议的实现与网络接口分开，这提高工业以太网协议的可移植性，当移植到linux等其他操作系统时，不必修改工业以太网协议核心模块，即是软MAC协议模块，而只消需根据目标平台修改网卡驱动接口模块。

非实时通道部分暂时不实现。

从图中可以看到，在对安全要求高的场合，可以关闭TCPIP与网卡的绑定关系，只允许使用工业以太网协议收发网络数据。

此时，垃圾数据不能够发送到网络中，可以保证网络的安全。

如果垃圾数据从其他渠道发送到了网上，造成网络风暴，工业以太网协议软MAC模块必须能够监测这种异常，并关闭网卡接口3秒钟，从而可以达到以下效果:

1.单网网络风暴不影响数据采集。

2.双网网络风暴不影响节点控制运算，负荷不升高，双网网络风暴期间数据采集中断，双网网络风暴结束后5秒内恢复数据采集。

QNX/WIN2K

应用层软件

TCP/IP协议栈

诊断、消息分配

软MAC协议

网卡驱动接口

网卡

虚拟网卡

收发缓冲区

非实时通道

6工业以太网协议

工业以太网协议的调度流程如下：

以下是具体实现描述。

6.1选主：

从状态

启动

出现多主，且对方优先级高

主状态

令牌沉默超时

1

3

2

4

选主状态迁移图如下：

解释如下：

1.所有系统网节点启动后默认为从。

2.所有允许参与抢主的节点（一般应该选带100M网卡的节点）都维护一个“令牌沉默超时计数器”，

3.当“令牌沉默超时计数器”被触发时（超过3×（T1+T2＋T3），其中T1、T2、T3的定义参考最后“算法各项指标估算”一节），我们认为当前的主节点离线。

将自己变为主节点。

4.出现某一时刻多个节点试图变为主时，根据预定的优先级顺序，优先级低的放弃。

工业以网优先级定为节点号越小优先级越高。

具体编程中注意以下几点：

◆所有系统网节点启动后默认为必须为从节点，否则出现优先级高的节点频繁离线、在线时会频繁打断已经选好的主节点的调度。

◆当一个参与选主的节点网线故障，只能发送，不能接收时，他的“令牌沉默超时计数器”的会不停的被触发，因此会不断的发出抢主信息。

因此，当一个主节点发现另一个高优先级主节点的出现，不是简单地将自己降为从，而是要判断对方是否出现上述故障，最简单地办法是看对方捎带的令牌信息中“当前在线节点列表”中是否有2个以上节点，有则表明它的收发都正常，没有则，本节点仍然保持为主。

◆判断主节点是否离线的定时器门槛值不能为了故障恢复快而设定得太低，否则容易由于误判而导致在正常工况时的抢主、甚至抢主抖动，在此，根据经验，将定时器值定为3秒是合适的。

6.2令牌结构

令牌发出时间（用于计算令牌传递一周的时间）

令牌ID号

令牌环节点数

主节点号

从节点号N

从节点号N-1

……

从节点号1

节点号用一个byte表示，因此可以同时可以有254个节点在线（0表示广播，255保留）。