CN108476206B - 通信网路操作方法、通信网路、控制器及数据处理装置 - Google Patents

Abstract

在通信网络中，第一参与者(14)将钟控数据串行传输至第二参与者(16)。所述数据序列包括写入数据报，所述写入数据报具有报头(420)、在所述报头后的中间字段(430)、以及在所述中间字段后的数据字段(440)。所述第二参与者读取报头、基于所述报头的内容确定输入数据、以及在所述数据序列通过所述第二参与者时将所述输入数据写入所述数据字段(440)。所述中间字段(430)的长度适合于所述数据序列的时钟频率以及所述第二参与者的响应时间。

Description

通信网路操作方法、通信网路、控制器及数据处理装置

技术领域

本发明涉及一种用于操作通信网络的方法、通信网络、用作第一参与者的控制器以及用作第二参与者的数据处理装置。

本专利申请案主张德国专利申请案DE 10 2015 120 242.5的优先权，其公开内容通过回溯引用并入本文。

背景技术

通信网络包括经由合适的通信通道彼此通信的多个(即，至少两个)参与者。可以将通信信道设计为无线和有线通道。信息可以在通信网络中以离散数据分组(消息)的形式从一个参与者传输到另一个参与者。

传输网络是一种其中定义了通过参与者的数据路径的网络，参与者可以通过所述网络接收和转发消息。作为网络中的第一参与者的控制器传输的消息通过所述数据路径且因此通过所述传输网络的后续参与者。当所述消息通过所述参与者中的一个参与者时，有关的参与者具有从所述消息中读取数据或将数据写入所述消息的能力。消息可包含一个或多个数据报。每个数据报至少包括报头以及在所述报头后的数据字段。报头被提供以容纳状态信息和/或控制信息。所述数据字段被提供以容纳有效载荷。

在写入过程中，参与者接收数据报并根据所述数据报的报头内容定义输入数据。参与者然后将所述输入数据写入所述报头后的数据字段。取决于所述报头内容，所述输入数据的定义需要一定的时间。此时间被称为相关参与者的响应时间。

由于数据报的长度是固定的，所以(于每一个情况下在所述参与者的输出处)在数据报报头的输出与所述数据报的数据字段的输出之间出现时间间隔，所述时间间隔的长度类似地被固定，即不能由参与者修改。换言之，所述报头的输出的时间以固定的方式与所述数据字段的输出的时间连接。然而，在所述参与者已定义前述输入数据并已将其写入数据字段之前，所述参与者不能输出所述数据字段。由于所述输入数据的定义需要一定的时间(上述响应时间)，因此参与者不能在任何随机早期输出所述报头。反而是，其必须将整个数据报的输出延迟一段与所述响应时间相对应的时间(否则报头以及数据字段将被“分开”)。

在自动化技术中，已经建立基于100Mbit/s以太网的不同现场总线协议。由于1Gbit/s的以太网现已在消费者领域盛行，因此也期望以1Gbit/s或更高的比特速率传输现场总线协议。同时，最好不要相应地为整个参与者提供更快的时钟。

DE 198 03 686 A1公开一种具有至少两个参与者的钟控现场总线系统，所述至少两个参与者以比特同步方式交换消息，其中所述参与者所需的处理时间通过空消息而被考虑。用于填充未被有效载荷占据的有效载荷字段中的空闲空间的消息中的中间字段从DE10 2007 004 044 A1和DE 10 2008 009 835 A1得知。

US 2005/0259609 A1涉及一种主-从系统，其中多个从装置被并联连接至被配置为三线接口的主装置的串行总线接口。主装置触发从装置的写入以及读取过程两者，其中不同的传输格式可以在总在线用于数据交换，并且如果读取过程(即数据)打算从从装置被传送到主装置，则提供暂停比特。所述暂停比特被使用，使得所述主装置以及所述从装置短时间释放总线访问，以因此避免在总线访问期间的冲突。当总在线存在暂停比特时，从装置通过从一种从寄存器块提取数据以在内部执行处理步骤。

发明内容

本发明的目的是实现用于要传输的数据报的最短可能转送时间。

此目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求描述特别有利的实施方式。

参与者从中读取被寻址的数据的数据报在下面被称为读取数据报，并且参与者写入被寻址的数据的数据报被称为写入数据报。消息可以包含多个数据报，其中所述数据报可以是读取数据报或写入数据报。提供包括读取数据报以及写入数据报两者的消息也可能存在。

在根据本发明的用于操作通信网络的方法中，钟控数据序列从通信网络的第一参与者被传输到第二参与者。所述第一个参与者每时钟周期传输所述数据序列的一个数据单元。所述数据序列包含写入数据报，所述写入数据报包含报头、在所述报头后的中间字段、以及在所述中间字段后的数据字段。在每一个情况中，所述报头、中间字段和数据字段包括一个或多个数据单元。所述第二参与者在所述第二参与者的响应时间内读取所述报头并根据所述报头的内容且独立于所述中间字段的内容来定义输入数据。当所述数据序列通过所述第二参与者时，所述第二参与者将以此方式定义的输入数据写入所述写入数据报。所述中间字段的长度与所述数据序列的时钟频率以及所述第二参与者的响应时间匹配。

所述写入数据报中的中间字段的长度明显地与所述数据序列的时钟频率和所述第二参与者的响应时间匹配，使得所述第二参与者根据所述报头的内容成功地定义输入数据并将所述输入数据写入所述数据报的数据字段，同时所述数据字段可供所述第二参与者用于写入访问。所述中间字段使所述第二参与者的输入与输出之间的转送时间较短，即通过所述第二参与者的较短转送时间。如果所述中间字段的长度足够，则有可能在所述第二参与者的输出处输出所述写入数据报的报头(以及可能位于所述报头与所述中间字段之间的所述数据报的其他字段)，而不用(如果另有需要)经过一定的等待时间以便能够在其与所述报头之间以所需的固定时间间隔来输出所述数据字段。至少原则上，现在可以实施通过第二参与者的仅一个时钟周期的转送时间。在此类型的实施方式中，所述第二参与者在每一情况下首先在每时钟周期读取所述写入数据报的所述报头的一个数据单元、并且在取决于刚刚已读取的所述报头的内容、在与所述中间字段相对应的随后的时钟周期期间定义输入数据。然后，所述第二参与者将以此方式定义的输入数据写入所述写入数据报的数据字段，同时所述数据字段通过所述第二参与者(每时钟周期所述数据字段的一个数据单元)。

在一个实施方式中，中间字段仅由填充比特序列(虚拟比特或空比特)组成。填充比特或虚拟比特或空比特是其内容未被评估的比特。例如，中间字段可以是零比特的有限序列。在此类型的实施方式中，中间字段的唯一目的是增加报头与数据字段之间的时间间隔，以便能够通过第二参与者尽可能快地转发写入数据报的各个数据单元。在这种情况下，转送时间的缩短伴随着以消息中有效载荷的恒定量延长所述消息。这可能导致有效数据速率的降低(例如，如果所述消息的延长的结果是每时间单位可以传输较少的消息)。在这种情况下，可以想到的是，选择中间字段的长度来表示转送时间与有效数据速率之间的折衷。要注意的是，所述中间字段必须具有特定的最小长度，以便能有在通信网络中的传输数据序列的最小转送时间。

此最小长度在下文中也被称为中间字段的最佳长度。如果为所述中间字段选择较短长度(即短于最佳长度)，则这将需要加长通过通信网络的所述多个参与者中的至少一个参与者的转送时间，但是所述消息于是将会较短，即其将有可能在每时间单位传输更多数据报。缩短的中间字段(即具有长度比最佳长度短的中间字段)可能是合适的，特别是如果打算快速连续地(即以短时间间隔)传输许多消息，使得各个消息可以不再变长。然而，如果每时间单位传输的有效载荷的最大化(即，有效载荷数据速率或有效数据速率)不是决定性标准，则选择上述为所述中间字段定义的最佳长度可能是适当的。

所述中间字段的最佳长度(即用于实现尽可能短的转送时间的最小长度)显然取决于所述数据序列的时钟频率以及所述第二参与者的响应时间。所述数据序列的时钟频率越高且所述第二参与者的响应时间越长，所述中间字段的最佳长度将越长。根据一个实施方式，所述报头包含中间字段的长度的指示。以此方式，接收数据序列的每一个参与者能够识别所述数据字段的开始。可选地，例如可以理解，数据序列中的每一个数据报包含中间字段，其中所述中间字段的长度对于所有数据报都是相同的。在这种情况下，例如在通信网络的试运行期间、或在中间字段的长度的每次适应之后，例如，根据对所有数据报是相同的所述中间字段的长度编程每一个参与者就足够了。

在这一点上应当指出，所述第一参与者以及所述第二参与者的所有公开特征可以在通信网络的每一个其他参与者中以相同或类似的方式实施。

根据一个实施方式，所述数据报是写入数据报，并且所述消息还包含读取数据报，所述读取数据报包含报头以及紧跟在所述报头之后的数据字段。所述读取数据报因此不包含与所述写入数据报的中间字段相当的中间字段。此实施方式是基于以下认识：与写入访问不同，因为第二参与者不必为读取访问提供任何数据，所述第二参与者对数据字段的读取访问在时间上没有问题。

根据一个实施方式，所述报头包含地址，且所述第二参与者通过从用所述地址指定的存储器区域中读取输入数据来确定输入数据。从所述存储器区域中撷取所述数据可能需要一定的时间。在一些实施方式中，上述响应时间可以主要由从所述存储器区域撷取所述输入数据所需的时间组成。

根据一个实施方式，所述第二参与者的输入以及输出是经由移位寄存器互连。所述移位寄存器以时钟频率被钟控并通过所述数据序列。例如，所述移位寄存器可以具有在所述读取段下游的写入段以及读取段，其中所述第二参与者能够从所述读取段(并且因此从所述数据序列)读取数据以及将数据(例如上述输入数据)写入所述写入段(并因此写入所述数据序列)。当所述报头通过所述读取段时，所述第二个参与者从所述读取段读取所述报头。一段时间后，即当所述输入字段通过所述写入段时，所述第二参与者将所述输入数据写入所述写入段并因此写入所述数据报的数据字段。

移位寄存器还可以具有位于读取段与写入段之间的中间段。所述中间段具有延长读取过程与写入过程之间的时间的效果。如果所述中间段足够长(即至少具有最佳长度)，则可以省去上述中间字段。然而，如果所述中间字段的长度短于最佳长度，则在读取所述报头并将其写入移位寄存器的写入段之后，所述中间段为所述第二参与者提供足够的时间来确定输入数据。所述中间段越长，通过所述第二个参与者的转送时间也就越长。在此实施方式的一个变型中，写入段不位于所述读取段的下游，但是这两个段部分或完全彼此重迭。

根据一个实施方式，移位寄存器仅包括一个单一存储器组件，其在数据序列的每一个时钟周期中精确地容纳所述数据序列的一个数据单元。在这种情况下，移位寄存器且因此第二参与者具有数据序列恰好一个时钟周期的转送时间。然后，所述第二参与者在一个时钟周期中接收数据序列的一个数据单元，并且在下一个时钟周期中已经在其输出端输出相同的数据单元(具有改变或未改变的内容)。

根据一个实施方式，所述移位寄存器的长度和所述中间字段的长度彼此匹配。可选地或附加地，所述方法可以包括使所述移位寄存器的长度与所述中间字段的长度彼此匹配的手段。所述手段可包括例如以所述中间字段的给定长度最小化所述移位寄存器的长度、或者以所述移位寄存器的给定长度最小化所述中间字段的长度。

在许多应用中，最小化通过第二参与者的转送时间、以及将移位寄存器选择为尽可能短、以及将所述中间字段选择成为此目的所需的长度可能是合适的。相反地，在其他应用中(例如，如果期望高效的数据传输速率、或者由于其他原因欲使所述消息尽可能短)，延长通过第二参与者的转送时间并缩短所述中间字段是适当的。

根据一个实施方式，所述中间字段包含至少一个空元素。空元素(在本申请案中也被称为填充元素或虚拟元素)是其内容在所述方法中不被评估的数据单元。因此所述空元素的内容(即所述空元素的比特的值)是不相关的。反而，所述中间字段中的每一个空元素仅用于提供具有特定长度的中间字段。

根据一个实施方式，所述中间字段还可以包含由参与者读取的状态信息，例如中断等。将这种类型的状态信息读入中间字段不会破坏延长用于寻址第一数据字节的时间的目的，因为此状态信息不是通过地址字段选择的，而是预先或永久地由参与者妥当持有。或者，类似于广播消息，所述中间字段也可以用于将未寻址数据分发给参与者。因此增加了数据传输的有效性。

根据一个实施方式，数据序列包含多个写入数据报。每一种情况中，这些数据报中的每一个数据报都包含报头、在所述报头后的中间字段以及在所述中间字段后的数据字段。每一种情况中，所述中间字段的长度可以与所述数据序列的时钟频率以及与多个参与者中的至少一个参与者的响应时间匹配。数据报显然是连续传送的。所述多个数据报中的每一个数据报可以被寻址到通信网络中的一个特定参与者或多个特定参与者。例如，所述数据报可以是一个消息的分段。所述数据序列显然可以包含不一定包含中间字段的其他数据报(例如一个或多个读取数据报)。

根据一个实施方式，所述中间字段的长度(中间字段长度)在所有写入数据报中是相同的。然后，可以例如在包括数据报的消息的报头中定义所述中间字段长度。在一个替代设计中，所述中间字段长度被存储在每一个参与者中(例如在为此目的特别提供的寄存器中)。

根据一个实施方式，所述数据序列包含消息，所述消息包含消息报头以及在所述消息报头后的多个数据报。例如，特定参与者可以用每一个数据报而被寻址。因此可以实施对参与者(例如在自动化生产工厂中的装置)的同步控制。例如，在以太网控制自动化技术(EtherCAT)系统中可以实现这种类型的数据序列。

根据一个实施方式，所述中间字段的长度与所述数据序列的时钟频率彼此匹配。可选地或另外地，所述方法可以包括使所述中间字段的长度与所述时钟频率彼此匹配的手段。所述手段可以包括例如以给定时钟频率最小化所述中间字段的长度、或以给定长度的中间字段最大化所述时钟频率。时钟频率的增加通常导致通过每一个参与者的转送时间较短。中间字段的延长允许使用较高的时钟频率，因为其为每一个参与者提供更多时间来读取数据报头、定义输入数据、以及将所述输入数据写入所述数据报的数据字段，即使在缩短的转送时间的情况下。

根据一个实施方式，所述方法包括配置手段，利用该配置手段，通过第二参与者的转送时间(即，从第二参与者的输入到输出的转送时间)是基于所述中间字段的长度和时钟频率而被设定。在一个特殊实施方式中，第二参与者以这样的方式运行，即第二参与者基于所述中间字段的长度和时钟频率独立地设定其转送时间。这可以例如使用测试数据报而例如在配置阶段中完成，其中执行测试以确定所述测试数据报是否被正确处理。

根据一个实施方式，第二参与者向第一参与者表明所述第二参与者的响应时间。第二参与者(例如，从参与者)因此使第一参与者(例如主参与者)能设定中间字段的合适长度。根据一个特定实施方式，处理由第一参与者及时传输的数据报或消息的多个参与者中的每一个参与者指出其对所述第一参与者的相应响应时间。所述多个参与者因此使第一参与者(例如主参与者)能够为所有参与者设定足够的中间字段的长度。

根据一个实施方式，第一参与者(例如主参与者)向第二参与者(例如从参与者)表明中间字段的长度。所述第二参与者因此能够根据所述中间字段的长度尽可能地减少其转送时间。此外，所述第二参与者能够正确地处理写入数据报(例如，在所述数据报的正确位置写入输入数据)。根据一个实施方式，所述第一参与者通过将所述中间字段长度的指示写入到由其传输的钟控数据序列(例如，写入到每个传输消息的报头)、或者(在每一种情况下，在消息包含具有不同长度中间字段的多个数据报下)写入到每个数据报的报头来表明所述中间字段的长度。

在不同的实施方式中，例如在通信网络的操作中的配置阶段期间，第一参与者在单独的配置信号中将所述中间字段的长度传递给第二参与者(以及相关的其他参与者)。

根据本发明的通信网络的特征在于其被配置为实行根据上述实施方式其中之一的方法。

所述通信网络可以例如是现场总线系统。根据一个实施方式，所述通信系统使用以太网协议。或者，可以使用其他通信协议。

根据一个特定实施方式，所述通信网络是EtherCAT网络。EtherCAT网络是Beckhoff自动化特定开发的基于以太网协议的现场总线系统。

根据本发明的用作通信网络中的第一参与者的控制器被配置为产生钟控数据序列并且在所述控制器的一个输出端上输出所述钟控数据序列以用于转发到所述通信网络的第二参与者。控制器在每时钟周期产生所述数据序列的一个数据单元。数据序列包含写入数据报，所述写入数据报包含报头、在所述报头后的中间字段、以及在所述中间字段后的数据字段。在每一种情况下，所述报头、中间字段以及数据字段包括一个或多个数据单元。如上已述及，数据单元是具有固定长度的有限比特序列，其中所述长度对于所有数据单元是相同的。例如，数据单元可以是比特、字节(8比特)或任何其他数据单元。在每一种情况下，所述报头、中间字段以及数据字段包括一个或多个数据单元。在每一种情况下，一个或多个时钟周期被相应地指派给所述报头、中间字段以及数据字段。控制器的特征在于中间字段的长度可以与数据序列的时钟频率、以及第二参与者的响应时间匹配。这提供了参考根据本发明的方法的上述优点。

根据本发明的用作通信网络中的第二参与者的数据处理装置被配置为接收钟控数据序列，其中所述数据处理装置在每时钟周期接收所述数据序列的一个数据单元。所述数据处理装置被配置为特别用于接收及处理包含数据报的数据序列，所述数据报包含报头、在所述报头后的中间字段、以及在所述中间字段后的数据字段，其中所述报头、中间字段以及数据字段在每一种情况下都包括一个或多个数据单元。所述数据处理装置的特征在于其在所述数据报通过所述数据处理装置时读取所述数据报的报头、并根据所述报头的内容及在响应时间内独立于所述中间字段的内容定义输入数据、以及将所述输入数据写入所述数据报的数据字段。

附图说明

以下参考附图详细说明本发明。相同的附图标记表示相同或等同的组件。

图1示意性地显示出通信网络的实施方式的示例。

图2示意性地显示出数据报的常规实施方式的示例。

图3示意性地显示出用于操作通信网络的方法的常规实施方式的示例。

图4示意性地显示出数据报的实施方式的示例。

图5示意性地显示出用于操作通信网络的方法的实施方式的示例。

图6显示出用于处理通信网络的参与者中的数据报的方法的实施方式的示例的流程图。

图7示意性地显示出第二和第三参与者的实施方式的示例。

具体实施方式

图1中概述的通信网络10的示例包括多个参与者12，所述多个参与者12使用通信技术经由数据路径11彼此通信。在操作中，消息是沿着所述数据路径11被传输。作为示例，假设第一参与者14(例如主参与者)传输消息，所述消息随后沿着所述数据路径11通过其他参与者12、并且由所述参与者处理。所述数据路径11的至少一个分段通过多个参与者12中的每一个。

可以将分段长度(例如以数据单元来测量)以及相应的转送时间(例如以时钟周期可测量的)分配给所述数据路径11的每个分段，所述数据路径11从所述多个参与者12中的一个的输入延伸至相同参与者的对应输出。给定分段的长度以及被分配给它的转送时间彼此如下相关：转送时间＝分段长度：数据速率。所述数据速率被理解为表示每时间间隔所传输数据单元的数量，即时钟周期的倒数。

数据速率的增加(即，由第一参与者14传输的数据序列的较快时钟)相应地导致所述数据路径11的每个分段上的较短转送时间。所述数据速率越高，可用于每个参与者在接收到经钟控的数据序列的第一分段之后定义输入数据、并且将它们写入为此目的而提供的数据序列的特定后续段的时间越少。

在时钟频率过高下，可能发生这样的情况，其中用于容纳输入数据所提供的数据序列的分段已经通过第二参与者16，而所述第二参与者16仍然忙于定义所述输入数据。通信网络的时钟频率(即通过所述参与者的数据序列的时钟频率)因此不能以任何给定方式容易地增加。同样地，通过增加时钟频率，不能容易地缩短从一个给定参与者到另一个参与者的转送时间。

这个困难是通过在数据报中提供中间字段来克服，如下面将参照图4至图6详细说明的。大于1Gbit/s的数据速率(对应于大于1GHz的时钟频率)因此可以例如在EtherCAT网络中实施。

图2示意性地显示出具有命令字段CMD、标识字段IDX、地址字段ADDRESS、长度字段LENGTH、中断字段IRQ、数据字段DATA以及结束字段WKC的数据报10的常规实施方式的示例。所述数据报200的字段在图2中以时间顺序示出。这意味着首先传输字段CMD、接着传输字段IDX、然后传输字段ADDRESS等。位于所述数据字段DATA上游的所述数据报的字段被统称为报头220。在所述示例中，所述报头220包括字段CMD；IDX、ADDRESS、LENGTH以及IRQ。数据序列中字段的内容被理解为表示字段的当前值或状态，即所述字段表明的值。例如，单独比特具有值0或1。

所述命令字段CMD表明打算在参与者中处理所述数据报200的方式。在一个实施方式中，例如，命令字段CMD的第一值可以将所述数据报表征为读取数据报，即，作为其数据(数据字段DATA的内容)打算由被寻址的参与者读取的数据报。所述命令字段CMD的不同的第二值可以将所述数据报200表征为写入数据报，即，其数据字段DATA旨在容纳来自所寻址的参与者的数据的数据报。第一参与者14可以将接收到的数据报指派给具有标识字段IDX的传输数据报。可以用地址字段ADDRESS来选择为其定义了数据报的一个或多个参与者，并且可以表明特定的存储器位置(例如在所寻址的参与者中)。所述长度字段LENGTH表明所述数据字段DATA的长度。所述中断字段IRQ可以定义由参与者触发的中断。有效载荷可以与所述数据字段DATA(数据字段240)(例如为第二参与者16定义的数据(输入数据；在这种情况下，所述数据报是读取数据报))(参见图1)、或者要由第二参与者16输入的数据(输出数据；在这种情况下，所述数据报是写入数据报))一起被传输。于此概述的数据报的结构仅仅是一个示例。在不同的示例中(未示出)，报头包括除了这里所示的字段以外的字段。在另一个示例中，数据报不包含结束字段WKC。

作为示例，下面假设所述钟控数据序列(其包含数据报200)由第一参与者14传输并由第二参与者16接收。此外假设所述命令字段CMD以及所述地址字段ADDRESS将数据报200表征为被寻址到第二参与者16的写入数据报。所述第二参与者16首先接收数据报200的报头、并基于所述标识字段IDX以及所述命令字段CMD来辨识其打算从用所述地址字段ADDRESS以及所述长度字段LENGTH指定的存储器区域(例如，第二参与者16的内部存储器区域)取得数据、并将它们写入所述数据字段DATA。所述第二参与者16因此请求指定的存储器区域的内容。在本申请案中被称为响应时间的时间在读取所述字段ADDRESS以及LENGTH的时间与接收到所请求的存储器数据之间经过。然后，第二参与者16将所获得的存储器数据(即由ADDRESS以及LENGTH定义的存储器区域的内容)作为输入数据写入所述数据字段DATA。对此的先决条件是所述数据字段DATA在此时尚未通过第二参与者16。这例如通过选择足够低的时钟频率来实现，从而保证从第二参与者16的输入到输出的足够长的转送时间。在此常规实施方式中，由于第二参与者16的有效响应时间，所以无法以任何给定方式增加时钟频率。

图3显示由多个参与者实时处理数据序列的方法的常规实施方式的示例。在所述示例中，数据序列连续地通过三个参与者S1、S2以及S3(例如，图1中的从参与者16、18、20)。在所述示例中，数据序列包括三个连续的数据报，在每一种情况下，所述数据报包含地址字段ADDR1或ADDR2或ADDR3、以及在各自的地址字段后的数据字段DATA1或DATA2或DATA3。为了简单起见，这里假设所述地址字段以及所述数据字段在每一种情况下由正好一个数据单元组成。如果在其上传输所述数据序列的数据路径被视为移位寄存器，则这意指在每一种情况下每时钟周期所述移位寄存器中的地址字段以及数据字段提前一个位置。

该图在五个连续时间t＝1至t＝5示出所述数据路径上的数据序列的位置，其中时钟周期的长度已被选择为时间单位。在时间t＝1，第一个数据报的地址字段ADDR1已到达参与者S1，并且S1读取所述地址字段ADDR1中表明的存储器地址。在时间t＝2，S1从以所述地址指定的存储器区域取回输入数据。在时间t＝3，S1将所述输入数据写入所述第一个数据报的数据字段DATA1，这是可能的，因为此时DATA1仍然位于所述参与者S1内部。后续数据报(ADDR2,DATA2)以及(ADDR3,DATA3)由参与者S1下游的参与者S2以及S3以类似的方式处理。在所述示例中，所述第二数据报(ADDR2,DATA2)的地址字段ADDR2在时间t＝5已到达所述参与者S2、且接着被S2读取。进一步的处理在图3中未示出的稍后时间进行。

根据一个实施方式，单一参与者(在图3中，参与者S1、S2以及S3)是通过数据报的序列而被寻址。在这种情况下，可以省去上述地址字段ADDRESS(或用于寻址一个或多个参与者的其他指示)。

在例如EtherCAT中可实施的不同实施方式中，每一个数据报包含地址字段，例如，用于寻址一个或多个参与者的地址字段ADDRESS(见上文)，相关数据报被定义用于所述一个或多个参与者。这允许数据报以任何给定序列被传输。这表示消息中的数据报的序列是随机的。可以特别是独立于数据路径上参与者的序列来选择所述消息中的数据报的序列。图3中概述的方法(其中为了简化，已假设每一个数据报仅包括一个地址字段以及一个数据字段)容易地转用到其中每一个数据报包含用于寻址一个或多个参与者的地址字段(例如ADDRESS)的实施方式。上述因此适用于下面参照图5所描述的方法。

在图4中概述的数据报400的示例包含报头420、在所述报头后的中间字段430以及在所述中间字段430后的数据字段440。所述数据报400还可以具有在所述数据字段440后的结束字段450。所述报头420以及所述数据字段440与图2所示的数据报200的报头220以及数据字段240相当、并且可以用与后者相同的方式被构造及处理。例如，旨在将输入数据写入所述数据字段440的参与者可以用控制字段420(例如，用其内包含的地址字段ADDRESS)来选择。所述中间字段430主要或专门用于在所述报头420与所述数据字段440之间提供间距，以便即使在通过相关参与者的数据报400的非常短的转送时间的情况下也使参与者能够取决于所述报头420的内容来定义输入数据、并且将以这种方式定义的输入数据及时地写入所述数据字段440。所述中间字段430的长度可以与传输所述数据报400的数据单元所在的时钟频率、以及意图处理所述数据报400的一个或多个参与者的响应时间相匹配。如果打算增加时钟频率，则通常必须延长所述中间字段。

至少如果数据报400是写入数据报(即在具体示例中如果命令字段CMD将所述数据报400表征为写入数据报)，则中间字段430可能是有利的。写入数据报通常是导致参与者将数据写入所述数据报的数据字段的任何数据报。相反地，读取数据报是导致参与者从所述数据报的数据字段中读取数据的任何数据报。

数据序列可包含写入数据报以及读取数据报。在读取数据报中，报头与数据字段之间的中间字段通常不会产生任何好处，但只会不必要地延长所述读取数据报。因此，在读取数据报中，所述报头后最好紧跟随数据字段。这意指在所述读取数据报中不提供中间字段。例如，读取数据报可以用与图2中所显示的数据报200相同的方式而被构造，其中数据字段240紧跟在报头220之后。

图5示意性地显示出包含两个连续数据报的钟控数据序列的示例，即第一数据报以及接着的第二数据报。所述第一数据报(ADDR1,FILL1,DATA1)包括地址字段ADDR1、在所述地址字段之后的中间字段FILL1以及在所述中间字段之后的数据字段。所述第二数据报(ADDR2,FILL2,DATA2)以类似的方式被构造、且包括地址字段ADDR2、中间字段FILL2、以及在所述中间字段之后的数据字段DATA2。在所述示例中，所述地址字段ADDR1以及ADDR2在每一种情况下形成了相关的数据报的报头。实际上，数据报的报头一般不仅由地址字段组成，而且还包含附加字段，但是这种类型的附加字段与本简化的描述无关。在每一个时钟周期中，数据序列(如上参照图3所述)在每一种情况下前进一个数据字段、并因此通所述过参与者，这里是参与者S1、S2以及S3。在所述图示中，在每一种情况下，数据序列在t＝1到t＝5的五个连续时间处被示出，其中时钟周期的长度已被选择为时间单位，如图3中所示。在时间t＝1，参与者S1例如通过从所述报头中包含的地址字段读取存储器地址来评估第一数据报的报头。在接着的时间t＝2，在所述中间字段FILL1通过参与者S1时，所述参与者S1根据所述报头的内容来定义输入数据。在所示的示例中，所述参与者S1通过从以所述地址字段ADDR1指定的存储器区域中读取输入数据来定义所述输入数据。在时间t＝3，所述参与者S1将所确定的输入数据写入所述输入字段DATA1。与根据图3的处理图相比，通过所述参与者S1、S2、S3中的每一个参与者的所述钟控数据序列中的每一个数据单元的转送时间显然较短，即，在此示例中，其仅等同一个时钟周期，而不是图3中所需的两个时钟周期。

图6中的流程图示出了用于处理通信网络的参与者中的数据序列的方法600的示例。例如，参与者可以是参照图1描述的通信网络的参与者12其中之一。在所述方法中，参与者首先接收存储器地址(步骤601)、以及(在相关的情况下)所寻址的存储器区域的长度的指示。所述参与者读取接收到的地址以及(在相关的情况下)在步骤601中接收到的另外的信息(步骤602)，并且从用所述地址指定的存储器区域中取出数据(步骤604)。同时，所述参与者接收所述数据序列的中间字段(步骤603)。所述中间字段可以包含一个或多个空字节(即虚拟字节)，所述空字节除了延迟在所述报头后的数据字段的接收(步骤605)之外没有其他目的。因此，在对所述数据序列的数据字段的写入访问是可能时，参与者已经完成步骤604(获得输入数据)，使得所述输入数据然后实际上也为其可用。在接收到所述数据字段(步骤605)并获得所述数据(步骤604)之后，参与者将所述数据写入所述数据字段(步骤606)。

作为用空字节填充所述中间字段的替代，所述中间字段也可以用于发送这种类型的有效载荷、以及其他状态信息，这种类型的有效载荷基本上总是已由参与者提供、或者在写入数据报到达之前已经在参与者中被读取，例如，中断。将这种类型的数据读入所述中间字段不会破坏延长用于寻址第一数据字节的时间的目的，因为此状态信息没有通过所述地址字段而被选择，而是由参与者永久地或预先妥当持有。类似于广播消息，所述中间字段中的附加字节也可用于将未寻址数据分发给参与者。

在图7中概述的实施方式中，所述网络的多个参与者中的每一个(或至少一个)参与者具有第一存储器装置710(例如第一寄存器)，其中记录了中间字段的最小长度。所述最小长度可以被选择为使得相关参与者中允许最小转送时间。最小长度可取决于相关参与者的实施。多个参与者中的每一个(或至少一个)参与者还具有第二存储器装置720(例如第二寄存器)，其中可以记录中间字段的实际长度。在操作中，多个参与者中的每一个参与者根据在第二存储器装置中记录的所述中间字段的实际长度来调整其转送时间。根据一个特定实施方式，在每一种情况下，第一参与者14(参见图1)选择其他参与者(例如参与者16和18)表明的最小长度中的最大值作为要使用的中间字段长度、并记录参与者12的相应第二存储器装置720中的所选中间字段长度。

在此应用程序中，假定数据报的比特长度在所述数据报通过所述数据路径时没有改变。在通过期间适应数据报的比特长度将需要额外的技术措施。每一个数据报因此具有固定的比特长度。然而，这并不排除在具有不同比特长度的消息中的不同数据报、或在具有与较早消息中的相应数据报的比特长度不同的后续消息中的数据报的可能性。

数据单元是具有固定长度的有限比特序列。例如，数据单元可以是比特、字节(8比特)、16比特、32比特或64比特。多个数据单元在每一种情况下具有相同的固定长度。

通过所述参与者的转送时间是在所述参与者的输入处接收到比特与在所述参与者的输出处输出相同比特之间的时间段。这意味着通过所述参与者的转送时间是从所述参与者的输入到输出的比特的转送时间。

所述数据报的传输持续时间是所述数据报为了通过数据路径上给定点所需的时间。如果所述数据报由N个比特组成(即，如果其比特长度是N)，则所述数据报的传输持续时间是N*BR，其中BR是比特率。所述比特率是每时间单位传输的比特数。

Claims (16)

1.一种用于操作通信网络的方法，具有以下措施：

将钟控数据序列从所述通信网络的第一参与者(14)传输至第二参与者(16)，其中所述数据序列的一个数据单元在每时钟周期由所述第一参与者(14)传输，以及其中所述数据序列包含作为写入数据报的数据报(400)，所述数据报(400)包含报头(420)、在所述报头之后的中间字段(430)、以及在所述中间字段之后的数据字段(440)，其中所述报头、所述中间字段、以及所述数据字段在每一种情况下具有一个或多个数据单元；

所述第二参与者读取所述报头；

在所述第二参与者的响应时间内，由所述第二参与者根据所述报头的内容定义输入数据；以及

当所述数据序列通过所述第二参与者时，由所述第二参与者将所述输入数据记录在所述数据报中，

其中所述中间字段的长度与所述数据序列的时钟频率及所述第二参与者的所述响应时间匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二参与者的输入及输出是经由移位寄存器而互连，所述移位寄存器以所述时钟频率被钟控、并且通过所述数据序列，其中所述移位寄存器的长度以及所述中间字段的所述长度彼此匹配。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间字段包含至少一个空元素。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间字段包含由所述第二参与者读取的至少一个未寻址的数据单元。

5.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第二参与者预先或永久妥当持有的至少一个数据单元由所述第二参与者读入所述中间字段。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据序列包含多个写入数据报，其中所述多个写入数据报中的每一个写入数据报在每一种情况下包含报头、所述报头后的中间字段、以及所述中间字段后的数据字段，其中所述中间字段的所述长度在每一种情况下与所述数据序列的所述时钟频率、以及与所述参与者中的至少一个参与者的响应时间匹配。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述中间字段的所述长度对于所述写入数据报中的每一个是相同的。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述中间字段的所述长度与所述通信网络中具有最长响应时间的所述参与者的所述响应时间匹配。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间字段的所述长度以及所述时钟频率彼此匹配。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二参与者基于所述中间字段的所述长度以及所述时钟频率来设定其转送时间，所述转送时间等于一比特的持续时间。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二参与者向所述第一参与者表明所述第二参与者的所述响应时间。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一参与者向所述第二参与者表明所述中间字段的所述长度。

13.一种通信网络，包括现场总线系统，所述现场总线系统被配置为实行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的通信网络，其中所述现场总线系统是EtherCAT网络。

15.一种用于具有多个参与者的通信网络中的第一参与者装置，包括：

控制器(14)，被配置为：

产生钟控数据序列，其中所述数据序列的一个数据单元在每时钟周期中产生，其中所述数据序列包含写入数据报，所述写入数据报包含报头、所述报头后的中间字段、以及所述中间字段后的数据字段，其中所述报头、所述中间字段、以及所述数据字段在每一种情况下包括一个或多个数据单元，

所述钟控数据序列在输出端被输出以用于转发至所述通信网络的第二参与者，以及

其中所述中间字段的长度可与所述数据序列的时钟频率、以及所述第二参与者的响应时间匹配。

16.一种用于具有多个参与者的通信网络中的第二参与者装置，包括：

数据处理装置(16)，被配置为：

接收钟控数据序列，其中所述数据序列的一个数据单元在每时钟周期中被接收，其中所述数据序列包含写入数据报，所述写入数据报包含报头、所述报头后的中间字段、以及所述中间字段后的数据字段，其中所述报头、所述中间字段、以及所述数据字段在每一种情况下包括一个或多个数据单元，其中所述中间字段的长度与所述数据序列的时钟频率及所述第二参与者的响应时间匹配，以及

在所述写入数据报通过的期间读取所述报头、以及在响应时间内根据所述报头的内容定义输入数据、并且将所述输入数据写入所述数据报的所述数据字段。

Images