提高Powerlink以太网同步性能的方法技术

一种提高Powerlink以太网同步性能的方法，包括：所有从站建立本地定时器；获取以太网通讯周期Tp及确定性延迟补偿值Toffset；每一从站初次收到SOC包时，启动本地定时器并设T为T=Tp－Toffset；从第二次收到SOC包起，每次收到SOC包时均将实际计时时刻与期望计时时刻作比较，存储二者的时间偏差tn，其中：在第N+1次收到SOC包前，每次收到SOC包时，均将定时周期循环个数与SOC包到达次数相同的那一个定时周期T设为Tp；之后，每当n=N时，将n清零重新计数，求出时间偏差平均值并且在定时周期循环个数比该到达的SOC包的到达次数小1的那一个定时周期之后的N个定时周期均将T调整为本方法对主站同步抖动具有一定的容错能力。

【技术实现步骤摘要】
提高Powerlink以太网同步性能的方法
本专利技术涉及一种提高Powerlink以太网同步性能的方法。
技术介绍
随着以太网技术和电子信息技术的发展，传统的现场总线正在向着工业以太网的方向发展。工业以太网的主要优势在于传播速率快、数据包容量大、传输距离长、拓扑结构灵活等。将总线应用在工业领域尤其是运动控制，要求工业以太网拥有实时性——即确定性通讯、确定性响应以及同步性。新的国际标准IEC61784工业通信网络——行规规范（Industrialcommunicationnetworks-Profiles），根据实时性（如同步性能小于1us）要求定义了实时以太网，并收录了10种实时以太网，其中包括EthernetPowerlink。IEC61784中的实时以太网均提供了自己的确定性通讯方式和同步方式。Powerlink采用请求、应答模式以及分时复用TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）的机制来实现确定性通讯，如图1所示。每个通讯周期分为同步阶段和异步阶段。同步阶段由SOC（StartOfCycle）同步包广播下发启动，主站与从站按照请求（图中的Preq包）、应答（图中的Pres包）模式进行数据交换。异步阶段由SOA（StartofAsynchronous）异步包开始。Powerlink的同步方式可以采用IEEE1588/IEC61588协议（StandardforaPrecisionClockSynchronizationProtocolforNetworkedMeasurementandControlSystems），亦称作精确时钟协议PrecisionTimeProtocol(PTP)。IEEE1588的优势在于节点较多以及跨网络时均可以提供小于并接近1μs的同步精度（硬件实现）。但是，IEEE1588的实现方式比较复杂。在节点数据较少的Powerlink网络中，比如基于Powerlink的分布式数控系统，则无需使用IEEE1588而只用SOC同步也能达到<1μs的同步精度甚至比IEEE1588的同步精度高。然而，对于实时性要求较高的场合，如分布式运动控制，同步性能越高越好。1μs的同步精度依然不能满足高速加工的需求。另外，这些网络通常采用线形、环形、树形的拓扑结构。对于此类网络，只采用SOC同步包同步的话，则SOC每经过一个节点，其抖动幅度都会增加（抖动累积）。节点较少时（比如3、4个）还可以提供100ns的同步精度，但节点较多时，就满足不了要求。同时，从站直接依赖于主站SOC同步包，而主站实时性也会导致SOC抖动，既而会传递给从站。Powerlink以太网的物理层和链路层如图2所示，Powerlink链路层通常由FPGA实现，Powerlink数据包由双绞线流入RJ45网口，然后依次经过网络变压器、PHY芯片流入FPGA，再依次通过另一个PHY芯片、网络变压器、RJ45网口、双绞线流入下一个节点。显然，有两个因素影响了SOC同步包的准确性，继而影响了整个系统各节点的同步性能：SOC同步包的抖动以及SOC同步包的延迟。SOC抖动的原因是：SOC同步包每经过一个节点，它便由上一个节点的时钟域转入下一个节点的时钟域，两个异步时钟间必定引起SOC同步包的抖动。单个节点的抖动不会大，但这种抖动是累积的，节点多时必然会将此放大。SOC延迟的原因主要是确定性延迟，其包括：网线及线路板传输延迟（假设设备安装后不再更换网络）；PHY芯片延迟；SOC同步包的转发延时；SOC同步包的传输时间（SOC同步包大小固定）。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于SOC同步包的同步方式提高没有采用IEEE1588协议的Powerlink以太网同步性能的方法，该方法对主站同步抖动具有一定的容错能力。本专利技术所采用的技术方案是：提高Powerlink以太网同步性能的方法，包括：所有从站分别建立本地定时器，各从站每当本地定时器的计时计满一个定时周期T时，便产生一次中断；各从站从主站获取该Powerlink以太网的通讯周期Tp及该从站的确定性延迟补偿值Toffset；每一从站在第一次接收到SOC同步包时，启动本地定时器，并将本地定时器的定时周期T设为T＝Tp－Toffset；每一从站从第二次接收到SOC同步包起，开始对SOC同步包的接收次数计数，计数值为n，并将计数值n与预先设定的计数阈值N进行比较，同时在每次接收到SOC同步包时均将SOC同步包到达时本地定时器的实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl作比较，以得到并存储该实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl之间的时间偏差tn，如果实际计时时刻Ts早于期望计时时刻Tl，使tn为负值，如果实际计时时刻Ts晚于期望计时时刻Tl，使tn为正值；SOC同步包到达时期望的本地定时器计时时刻是指定时周期循环个数比该到达的SOC同步包的到达次数小1的那一个定时周期的结束时刻；其中：每一从站在第N+1次接收到SOC同步包以前，每次接收到SOC同步包时，均将循环个数与该到达的SOC同步包的到达次数相同的那一个定时周期T设为Tp；每一从站从第N+1次接收到SOC同步包起，每当n＝N时，将n清零后重新开始对SOC同步包的接收次数计数，并求出时间偏差的平均值并且，在定时周期循环个数比该到达的SOC同步包的到达次数小1的那一个定时周期之后的N个定时周期均将本地定时器的定时周期T调整为本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的提高Powerlink同步性能的方法，由于对本地定时器的定时周期做了静态补偿和动态补偿，从而可以显著提高Powerlink网络的同步性能；在基于Powerlink的分布式数控系统中，可以使同步精度小于100ns，从而可以提高分布式高速加工行业的加工精度。进而可以提高分布式制造的产品质量与效率，并使现场布线简洁、易于安装；2、在本专利技术中，从站的同步信号（中断）由本地定时器给出而不是以SOC同步包给出。SOC同步包在当前从站的抖动规律基本符合正态分布，用SOC同步包接收时刻的平均值替代单一值来动态调整本地定时器计时的漂移，可提高对SOC同步包的容错能力；3、本专利技术的实现方式比IEEE1588简单，却可以达到比它同步性能好的效果；对现有的Powerlink标准协议完全兼容，可以直接替换现有的Powerlink网络而无需更改主站代码。附图说明图1是Powerlink以太网的通讯原理示意图。图2是Powerlink以太网的从站的物理层和链路层的结构示意图。图3示出了Powerlink以太网中的一个从站采用根据本专利技术一实施例的提高Powerlink以太网同步性能的方法的流程示意图。图4是具有线性拓扑结构的Powerlink以太网的示意图。图5是采用本专利技术提高Powerlink以太网同步性能的方法的从站FPGA芯片的原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做出进一步说明。图3示出了Powerlink以太网中的一个从站采用根据本专利技术一实施例的提高Powerlink以太网同步性能的方法的流程示意图，其余从站的流程与此相同。结合图3所示，根据本专利技术一实施例的提高Powerlink以太网同步性能的方法，包括以下步骤：所有从站分别建立本地定时器，各从站每当本地定本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高Powerlink以太网同步性能的方法，其特征在于，包括：所有从站分别建立本地定时器，各从站每当本地定时器的计时计满一个定时周期T时，便产生一次中断；各从站从主站获取该Powerlink以太网的通讯周期Tp及该从站的确定性延迟补偿值Toffset；每一从站在第一次接收到SOC同步包时，启动本地定时器，并将本地定时器的定时周期T设为T=Tp－Toffset；每一从站从第二次接收到SOC同步包起，开始对SOC同步包的接收次数计数，计数值为n，并将计数值n与预先设定的计数阈值N进行比较，同时在每次接收到SOC同步包时均将SOC同步包到达时本地定时器的实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl作比较，以得到并存储该实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl之间的时间偏差tn，如果实际计时时刻Ts早于期望计时时刻Tl，使tn为正值，如果实际计时时刻Ts晚于期望计时时刻Tl，使tn为负值；SOC同步包到达时期望的本地定时器计时时刻是指定时周期循环个数比该到达的SOC同步包的到达次数小1的那一个定时周期的结束时刻；其中：每一从站在第N+1次接收到SOC同步包以前，每次接收到SOC同步包时，均将定时周期循环个数与该到达的SOC同步包的到达次数相同的那一个定时周期T设为Tp；每一从站从第N+1次接收到SOC同步包起，每当n=N时，将n清零后重新开始对SOC同步包的接收次数计数，并求出时间偏差的平均值并且，在定时周期循环个数比该到达的SOC同步包的到达次数小1的那一个定时周期之后的N个定时周期均将本地定时器的定时周期T调整为FDA0000425285910000011.jpg,FDA0000425285910000012.jpg...

【技术特征摘要】
1.提高Powerlink以太网同步性能的方法，其特征在于，包括：所有从站分别建立本地定时器，各从站每当本地定时器的计时计满一个定时周期T时，便产生一次中断；各从站从主站获取该Powerlink以太网的通讯周期Tp及该从站的确定性延迟补偿值Toffset；每一从站在第一次接收到SOC同步包时，启动本地定时器，并将本地定时器的定时周期T设为T＝Tp－Toffset；每一从站从第二次接收到SOC同步包起，开始对SOC同步包的接收次数计数，计数值为n，并将计数值n与预先设定的计数阈值N进行比较，同时在每次接收到SOC同步包时均将SOC同步包到达时本地定时器的实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl作比较，以得到并存储该实际计时时刻Ts与期望计时时刻Tl之间的时间偏差tn，如果实际计时时刻Ts早于期望计时时刻Tl，使tn为负值，如果实际计时时刻Ts晚于期望计时时刻Tl，使tn为正值；SOC同步包到达时期望的本地定时器计时时刻是指定时周期循环个数比该到达的SOC同步包的到达次数小1的那一个定时周期的结束时刻；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科，严彩忠，张金泽，柳竹青，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，上海辛格林纳新时达电机有限公司，
类型：发明
国别省市：