Linux2.6下自主设计的PROFIBUS-DP单主站的实时性研究

摘  要： 通过对PROFIBUS-DP实时性分析，讨论了在自主设计的PROFIBUS-DP单主站平台上，提高Linux操作系统下PROFIBUS-DP实时性的措施，为不使用协议芯片自主设计PROFIBUS-DP主站提供了参考。
关键词： PROFIBUS-DP；Linux；实时性
   　在目前的工业现场总线中，对实时性的要求越来越高，实时性指标也成为工厂选择总线时的一个重要因素。PROFIBUS-DP现场总线作为目前国际上的一种通用现场总线标准，随着生产工艺对控制要求的提高，控制系统的实时性能要求也越来越高。
     为了提高PROFIBUS-DP总线的实时性，本文在严格按照协议完成自主设计的PROFIBUS-DP单主站情况下，探讨使用Linux操作系统提高PROFIBUS-DP总线实时性的方案，以及在单主站情况下提高PROFIBUS-DP总线实时性的可行性。
1 PROFIBUS-DP实时性分析
     实时性能主要体现在MAC层协议上，不同的总线采用不同的MAC子层协议，PROFIBUS-DP采用的是简化令牌总线协议。同时，测控周期是衡量PROFIBUS-DP系统实时性能的主要指标。
1.1 PROFIBUS-DP的MAC层协议
     PROFIBUS-DP采用简化总线令牌总线协议作为MAC层标准，其总线设备包括主站（1类主站和2类主站）和从站，系统组成如图1所示。
   
       对总线上的每一个站点分配一个地址，主站地址组成一个逻辑环，持有令牌的主站可以在持有令牌期间轮询访问从站。
     PROFIBUS-DP的介质访问控制协议(MAC)包括主站之间通过占有令牌取得总线的占有权的主主通信和主站与从站之间的主从通信两部分。本文考虑的是一个单主站系统，所以只探讨主从通信部分的实时性。
1.2 测控周期
     测控周期是指控制系统周期性访问网络上同一节点的时间间隔，记为Dcycle，它是衡量PROFIBUS-DP系统实时性的一个重要指标。它主要由周期性数据交换时间Tcycle、主站维护时间TGAP和非周期性数据交换时间Tacycle（包括参数配置、从站数据诊断、通信接口配置等）三部分组成。
     所以，当主站第一次上电，第一次与从站进行通信时，单主站的测控周期可表示为：
     
其中N表示系统中的从站个数。
1.2.1 周期性数据交换时间Tcycle
     一次典型的数据交换过程如图2所示。