[发明专利]PROFINET以太网适配器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个第一以太网接口和一个第二以太网接口的PROFINET适配器，这些接口用于将用户连接到PROFINET网络上。

背景技术

PROFINET是一种在实时以太网系统(英语：Realtime-EthernetSystem,RTE)中的领先工业标准。PROFINET标准原则上区分为实时通信的两个可能性，即实时方案(PROFINET RT)和同步实时方案(PROFINET IRT)。两种方案的共同点在于，除了以大的带宽传输实时数据(RT或IRT)以外也能够通过PROFINET网络传输非实时数据(NRT数据)、例如基于TCP/IP的数据包。PROFINET网络通常基于通过以太网交换机的100MBit/s全双工通信传输。

在PROFINET RT方案中，在以太网标准的ISO/OSI第2层(MAC层)上周期性地传输实时数据包。相对于非实时数据包，实时数据包以较高的优先级在交换机中进行处理并且传输。由此确保相对于NRT通信从发送器到接收器优先处理RT通信。因为在PROFINET RT方案中数据传输没有和时间关联，所以在从发送器到接收器的路径上出现抖动，该抖动主要取决于有多少交换机在该数据传输的路径上输送数据包。通过标准以太网接口能够转换相应的PROFINET RT设备以及用户。这同样适用于交换机，该交换机除了优先级以外不需要满足特殊要求。

同步实时(IRT)方案是PROFINET RT的扩展方案。对于PROFINETIRT需要在时间上规划实时数据的传输，其中IRT数据在规定的时间范围中进行传输。在该规定的时间范围以外就如同PROFINET RT一样采用NRT数据传输。对于PROFINET IRT，实时数据在从发送器到接收器的路径上的抖动小于在PROFINET RT的情况下的抖动并且还不取决于有多少交换机在该数据传输的路径上输送数据包。

PROFINET IRT在交换机和设备以及用户中需要特殊以太网硬件。由此仅能够有限地使用现有的以太网接口。

在两个方案RT和IRT中PROFINET用户通过象征性的名称标识，该象征性的名称也称为PROFINET设备名。该名称可以在调试过程中例如由软件工具进行分配。除了该名称以外还需要IP地址，因为PROFINET协议的一些部分加载在以太网标准的IP层上。该IP地址用于设定NRT数据包的地址，通常通过MAC地址设定RT数据包和IRT数据包的地址。

一个PROFINET网络中的用户优选在线路结构中相互交错。用于RT或IRT通信的交换机通常集成在各个用户中。每个用户为此都具有包括至少一个第一以太网接口和第二以太网接口以及一体化的RT/IRT交换机的PROFINET适配器，该交换机具有相应的存储器和CPU资源。通过这两个以太网接口每个用户在线形网络中都和其前一个用户以及后一个用户相连。每个PROFINET适配器除了配置有其固定的MAC地址以外还配置有IP地址以及象征性的PROFINET名称。为象征性名称和MAC地址指定IP地址能够通过DHCP服务器(Dynamic Host Configuration Protocol动态主机配置协议)或者通过PROFINET标准的DCP(Discovery and Basic Configuration Protocol发现和基本配置协议)进行。

通过适配器中的PROFINET协议栈能够设定用于连接各个用户的各个接口。PROFINET适配器能够例如提供I/O接口、串联的UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter通用异步收发传输器)和/或例如用于微型控制器的并联接口。I/O接口通常将I/O实时数据直接转换为数字的输入/输出信号，对此和PROFINET交换作为RT数据包或者IRT数据包的I/O数据。微型控制器用于和PROFINET交换实时数据和非实时数据。

PROFINET适配器例如也可以是插拔卡的组成部分，工业PC能够借助该插拔卡通过适配器的两个以太网接口连接到PROFINET网络上。为插拔卡、即适配器通过其象征性的PROFINET名称指定IP地址，其中PC上的应用程序通常还具有本身的IP地址。通过基于TCP/IP的数据包交换NRT数据，该数据包将地址注册在对应相应用户的适配器的IP地址上。