Profibus基础——令牌总线网 点击：5371 | 回复：31
发表于：2004-06-09 17:38:00
楼主
Profibus基础——令牌总线网
令牌总线和令牌环按同样的原理进行操作，网络中各站点逻辑地组织成一个环，令牌绕环在它们之间接力传递。一个站点想要发送数据就必须等待令牌到达；但是在这里，各站点之间的通信是通过一条公共总线，如同以太网那样。重要的是，这种有序竞争的传输方式不会在总线上产生冲突。
令牌总线网络产生于美国通用汽车公司开发的制造自动化协议MAP；这是一个用于工厂计算机集成制造系统的网络协议。其中在要求实时性应用的场合，将令牌思想延用到总线拓扑结构中，定义了令牌总线协议，并成为IEEE802.4局域网标准。
令牌总线网络在工厂自动化、过程控制以及需要实时处理的应用中得到主要支持。公共总线结构可以实现生产流水线和产品装配线上的计算机设备节点接入，但是实时环境不适合采用CSMA／CD协议，一个节点数据无法预期的延迟，使流水线的流程没有确定性。令牌环网可以满足实时性和确定性要求，但是，物理环不符合流水线那样的线性组织结构；因此，解决方案就是在网络线性组织分布上采用逻辑环访问协议来使每个站点具有确定的令牌等待时间。
………
假定总线上的站点均由P057单片机构成，其站地址分别为01H、08H、23H、45H。系统不采用主从访问方式而采用令牌方式进行通信。逻辑环上相邻的编号站点，物理位置不一定相邻。例如，逻辑环顺序（按地址）可以为：
45H→23H→08H→01H→45H；也可以为：
08H→45H→01H→23H→08H。这与站点在总线上的物理位置无关。
与令牌环协议一样，获得令牌的站点得到发送权，它可以向其它站点发送数据，总线上其它站点都处在接收状态，与发送帧地址匹配的站点复制数据，是否需要应答，协议设计中均应规定：
1. 不要求接收站响应
……………
2. 要求接收站响应
……………
在现场总线中，由于传输可靠性很高，而实时性显得重要。因此，多使用……。获得令牌的站点发送完数据后，不等待接收站的响应，就将令牌传递给它的后继站。如果持有令牌的站没有数据要发送，它就直接将令牌传递给他的后继站，如此循环反复。
以下通过实验来理解令牌总线网的实际操作。
$ 总线上的令牌
位于总线上的任一站点，要进行令牌接力，必须知道自己的前驱和后继，即自己的上游逻辑相邻节点和下游逻辑相邻节点。（谁传递给我，我传递给谁。）这一点与令牌环形网之间明显不同。因此，令牌总线逻辑环的操作比令牌（物理）环网络要多考虑一些细节。
……… 实际上由于令牌技术算法的公平，无论逻辑顺序如何，环路中所有站点获得发送的机会相等。
回顾主－从访问机制，主站轮询从站时，相当于依次发给从站令牌，当一个令牌总线控制帧中，控制字节内容为10H时，表示该帧为令牌帧。在站点地址匹配条件下，令牌帧的接收者拥有令牌，允许发送数据或传递令牌。
以下实验演示一个令牌在总线上环绕的情景。由于逻辑环上的一个站点只需关心它的前驱和后继，与其它站点无关。因此，各站点的相关处理程序中只有3个不同地址，其他部分都一样。这3个地址是前驱地址PS、本站地址TS、后继地址NS。一个持有令牌的的站点TS必须知道自己的后继才可以把目的地址NS放入令牌帧中；一个TS站点必须知道自己的前驱才可能进行申请加入环或离开环这样的逻辑操作。
实验 令牌总线
图2是本实验自定义的令牌总线帧格式。（这可以看作是一个自我设计协议的内容。）帧中所有字段与HDLC基本帧相似，其中接收站目标地址DA相映于HDLC帧中的从站地址A；由于总线上所有站点是对等站点，不存在主站，因此必须指明发送站源地址SA；帧控制FC相映于HDLC帧中的控制字段C，SA在信息字段I中定义，FCS与HDLC基本帧中校验字段相映。
实验步骤：
……………
1. 01H站运行程序TBUS.ASM，将令牌投入逻辑环中。由各站点LED1可以观察到令牌轮转情况，逻辑环顺序为01H→45H→08H→23H→01H。
实验结束。
实验程序如下：
……………
小结
……………
1. 实际令牌绕环轮转一周大约1ms。（注意不是Profibus。）
2. 一个逻辑环的顺序，仅由环中各站点的固定地址TS和后继NS决定。对于给定的系统，TS、NS容易确定。
对于动态变化的系统，完善的设计是建立一个包含多项不同顺序逻辑环的表格，系统运行中，根据不同条件查询表格，按表格所列相应项逻辑环进行循环。
Profibus把总线上一些智能程度高的节点（像PLC）设置为主站，智能程度低的节点（像仪表、执行器）设为从站。主站得到令牌后，对它所管辖的从站进行轮询，然后把得到的数据传递给下游主站。这是它与众不同的地方。这样做显然比所有节点都加入逻辑环的做法系统可靠性高。
发表于：2004-07-05 22:27:00
12楼
“主站”在接收到一个令牌前，不能称为主站。很简单，一条链路上任一时刻，只可能有一个主站，就是拿着令牌那个站。只有他有发送权，其他站均处于接收状态。每个接收站都有自己的站号，拿着令牌那个主站A知道自己的下游节点B的站号，他在约定的时间里完成了自己的主站任务之后，将带着B地址的令牌发送到总线上，结果只有B节点一个人收到，B截获了令牌，转换状态成为了主站。之后B完成自己的主站任务，像查询从站等等。之后他当然是发送出带有C地址的令牌。交出令牌后，B又转为接收状态。把发送权交给了C。
这个过程与田径场上的4X100米接力情景是一样的，谁拿到了接力棒——令牌，谁就是主站，就可以起跑，并且当然知道要把接力棒令牌交给谁——他的下一棒。
发表于：2004-10-12 21:40:00
18楼
想像城市环城地铁的情形，地铁运行一圈规定时间(周期）是固定的。当然希望在每一个站停车时间平均固定，但实际不可能。例如：公主坟上下车的人比军事博物馆要多，停车时间相对就长，但是2个站要求平均时间是1分钟／站，实际上司机（主站）在公主坟停车1分半，在军事博物馆停车半分钟，这就是协议规定的灵活部分。采用什么协议当然是系统设计者程序决定的。也就是一个系统的表现优劣取决于设计者的水平。
但是如果上下车的人（从站数目）太多或环绕一圈时间太长，显然系统实时性不好。好像北京的地铁就不如广州的一圈轮转得快。怎么办？这也正是人们面临挑战而研究出的各种网络技术。比如逻辑环比主从访问方式快，物理令牌环比逻辑环更快。还不够快怎么办？网桥、路由器，FDDI。他们在主站还没有轮转过来时就把上行数据准备好了。这像是与主站并行工作。现实世界的例子如公交车“前门上、后门下”的规则，显然比两个门同时“先下后上”的规则停车时间短，这实际是要求乘客在汽车运行中就走到后门去，以便于停车时，将上下车2个任务并行进行。
实际上如果你自己编程序，不必去模仿profibus ，你认为怎么快就怎么做。
发表于：2004-10-20 16:53:00
19楼
请教明远：
我现在想做一智能分站（一台，plc）要和其他已有的多台智能设备通信（大部分为plc，少量为单片机），这些已有的智能设备都已具有了相应的测控显示能力了，但由于分布有一定距离，不方便检查故障，所以我想用我做的这台分站对这些设备集中进行监测监控，而且其他已有的设备都已将需要的信号口留出，但我不明白我的分站（一台，plc）是怎样利用profibus和从设备（多台，plc）进行通讯的？我的分站是怎样将信息写入profibus而从设备又是怎样区分信息进行接收，发送的？反之，我的分站又是怎样区分信息从profibus中提取需要信息的？请赐教
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