CN103825695B - 基于powerlink的网络同步延时补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于POWERLINK的网络同步延时补偿方法，通过实时测量的传输延迟，对相应的从站进行补偿，达到各从站节点在同一时刻做同步事件，本发明实现了网络同步延迟动态测量的功能。

Description

基于POWERLINK的网络同步延时补偿方法
技术领域
本发明涉及POWERLIN网络的多从站同步，尤其涉及基于POWERLINK的网络同步延时动态补偿方法。
背景技术
POWERLINK设备上的每一个参数都分配一个特定的序号，每一个参数都称做一个对象，所有参数按分配的特定序号组合起来就组成了POWERLINK设备的对象字典。POWERLINK通信周期分为同步通信阶段和异步通信阶段，在同步通信阶段中主要传输周期性的，实时性要求高的数据：如过程数据对象PDO，在异步通信阶段中主要传输非周期性的，实时性要求不高的数据：如服务数据对象SDO。
POWERLINK数据帧中的SOC帧是广播帧，此帧表示同步周期的开始，一般的情况下，从站中都使用此帧来做同步处理。从站一般带两个网口，内部通过Hub连接，此种方式可以很方便的以菊花链方式进行组网。如图1所示，数据帧从主站发出，级联的从站以从站号1、2...n来区分，在每个从站中，数据帧从Hub的一个网口进，从另一个网口出，然后再到下一个从站，一直到最后一个从站，各从站返回的数据帧流向与以上相反。
总线上数据帧的发送过程如图2所示，POWERLINK的同步周期中，主站依次发送PReq数据帧给对应的从站，从站收到PReq数据帧并处理，然后返回Pres数据帧给主站。从站接收PReq数据帧与发送Pres数据帧之间的间隔约2us。
在菊花链组网的方式中，数据帧每经过一个从站，就会增加一个Hub的延迟，这个延迟时间大约40ns，当网络中有10台从站以菊花链的方式组网的时候，菊花链开始和结尾处的从站接收到SOC帧的时间间隔约为360ns。再加上线缆的延迟，菊花链中第一个从站和最后一个从站接收到SOC信号的时间差可能会达到几百纳秒甚至微秒。因SOC帧是广播帧，各从站都在接收到此帧的时刻进行同步任务处理，上述这些延迟时间严重影响了各从站节点在同一时刻做同步事件的准确性（参照图3所示），从而使得各从站节点在同一时刻无法做同步事件。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种基于POWERLINK的网络同步延时补偿方法，通过实时测量的传输延迟，对相应的从站进行补偿，达到各从站节点在同一时刻做同步事件。
POWERLINK是一种开源的工业以太网协议，因此需要增加动态延迟测量的功能，可以通过对协议栈源码的修改来实现。
为解决上述问题，本发明提供的基于POWERLINK的网络同步延时动态补偿方法，包括：在POWERLINK中的MAC层提供数据帧的自动应答功能；同步周期中，在主站侧发送每个从站的Preq数据帧的前导符SDF时，记录当前的时刻为t1，对应从站收到Preq数据帧并进行相应处理；
在经过固定的最小时间间隔t2后，需要返回一个特定的数据帧来提供延时测量，在等待所述特定的数据帧发送完成之后，对应从站才发送Pres数据帧；即在正常的Preq、Pres数据帧的发送过程之间，发送一帧所述特定的数据帧来进行延时测量。
主站在收到此特定帧时，需要记录收到的当前时刻t3；
其中，主站到此从站的传输时间为tn=(t3-t2-t1)/2。
优选的，所述t2的大小为960ns。
优选的，该方法进一步包括：在同一个通信周期中，主站依次与网络中的每个从站通信，测量得出主站到各个从站的传输时间按站号1、2…n依次为t1、t2…tn，按照各从站节点在同一时刻做同步事件的要求，各从站按站号1、2…n需要补偿的时间为(tn-t1)、(tn-t2)…0。
优选的，此补偿的时间值需要通过对象映射到PDO数据里面，通过PDO数据周期性的更新，以此实现网络同步延迟动态测量的功能。
优选的，该方法进一步包括：在对象字典中增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，并将此对象映射到PDO中，此对象的值即为对应从站的延时补偿时间，从站需要按此值动态的调整回调函数的执行时间，以此来达到同步的目的。
优选的，该方法进一步包括：在对象字典中增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，其子索引的索引号分别对应从站的站号，并将对应的子索引对象映射到对应站号的PDO数据中，此子索引对象的值即为对应从站的延时补偿时间，主站依据t1、t3可以计算各从站当前周期的延迟补偿时间，并通过PDO发送。
上述技术方案，通过PDO数据周期性的更新，以此实现网络同步延迟动态测量的功能。
附图说明
图1是现有技术中的主从站帧同步示意图。
图2是现有技术中的总线上数据帧的发送过程示意图。
图3是现有技术中的延迟示意图。
图4是本发明中的延时测量机制示意图。
图5是本发明中的总线上数据帧的发送过程示意图。
图6是本发明中的各从站补偿时间值的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供了一种基于POWERLINK的网络同步延时补偿方法，包括：在POWERLINK中的MAC层提供数据帧的自动应答功能；同步周期中，在主站侧发送每个从站的Preq数据帧的前导符SDF时，记录当前的时刻为t1，对应从站收到Preq数据帧并进行相应处理；在经过固定的最小时间间隔t2后，需要返回一个特定的数据帧来提供延时测量，在等待所述特定的数据帧发送完成之后，对应从站才发送Pres数据帧；即在正常的Preq、Pres数据帧的发送过程之间，发送一帧所述特定的数据帧来进行延时测量。主站在收到此特定帧时，需要记录收到的当前时刻t3；其中，主站到此从站的传输时间为tn=(t3-t2-t1)/2。所述t2的大小优选设置为960ns。
参见图4-6所示，为实现上述技术方案，实现网络同步延迟动态测量的功能，需要修改从站的源码，在POWERLINK同步周期中，接收到对应的PReq帧之后，进行相应的处理，并在经过固定的最小时间间隔t2(960ns)后，返回一个特定的数据帧来提供延时测量，在等待特定数据帧发送完成之后，发送对应Pres数据帧。
在对象字典中增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，并将此对象映射到PDO中，此对象的值即为对应从站的延时补偿时间，从站需要按此值动态的调整回调函数的执行时间，以此来达到同步的目的。
修改主站的源码，在POWERLINK同步周期中，发送相应从站的PReq数据帧的SDF时，需要记录当前的时刻t1，发送完成之后，需要进入到接收特定帧的状态接收特定帧，并记录当前的时刻t3，然后主站需要进入到接收Pres数据帧状态接收Pres帧。完成之后继续与下一个从站进行类似通信过程。
增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，其子索引的索引号分别对应从站的站号，并将对应的子索引对象映射到对应站号的PDO数据中，此子索引对象的值即为对应从站的延时补偿时间，主站依据t1、t3可以计算各从站当前周期的延迟补偿时间，并通过PDO发送。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于POWERLINK的网络同步延时补偿方法，包括：
在POWERLINK 中的MAC层提供数据帧的自动应答功能；
同步周期中，在主站侧发送每个从站n的请求数据帧Preq的前导符SDF时，记录当前的时刻为tn1，对应从站收到请求数据帧Preq并进行相应处理；
在经过固定的最小时间间隔tn2后，需要返回一个特定的数据帧来提供延时测量，在等待所述特定的数据帧发送完成之后，对应从站才发送应答数据帧Pres；即在正常的请求数据帧Preq、应答数据帧Pres的发送过程之间，发送一帧所述特定的数据帧来进行延时测量；
主站在收到此特定帧时，需要记录收到的当前时刻tn3；其中，主站到此从站的传输时间为tn=(tn3-tn2-tn1)/2；
其中，在同一个通信周期中，主站依次与网络中的每个从站通信，测量得出主站到各个从站的传输时间按站号1、2…n依次为t1、t2…tn，按照各从站节点在同一时刻做同步事件的要求，各从站按站号1、2…n需要补偿的时间依次为(tn-t1)、(tn-t2)…0；此补偿的时间值需要通过对象映射到过程数据对象PDO数据里面，通过过程数据对象PDO数据周期性的更新，以此实现网络同步延迟动态测量的功能。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述tn2的大小为960ns。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
该方法进一步包括：在对象字典中增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，并将此对象映射到过程数据对象PDO中，此对象的值即为对应从站的延时补偿时间，从站需要按此值动态的调整回调函数的执行时间，以此来达到同步的目的。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
该方法进一步包括：在对象字典中增加一个对象，索引在0x2000到0x6000之间，其子索引的索引号分别对应从站的站号，并将对应的子索引对象映射到对应站号的过程数据对象PDO数据中，此子索引对象的值即为对应从站的延时补偿时间，主站依据tn1、tn2、tn3计算各从站当前周期的延迟补偿时间，并通过过程数据对象PDO发送。
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