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　　3.3.2特点..................................................................................................................-12-

　　3.3.3传输方式..........................................................................................................-13-

　　3.3.4cRc...................................................................................................................-15-

　　3.4controlnet工业以太网.............................................................................................-17-

　　3.4.1原理..................................................................................................................-17-

　　3.4.2controlnet网络................................................................................................-18-

　　3.4.3控制网国际有限公司......................................................................................-18-

　　3.4.4可建造controlnet的设备..............................................................................-18-

　　3.5worldFip工业以太网.............................................................................................-20-

　　3.5.1概述..................................................................................................................-20-

　　3.5.2worldFip的特点..............................................................................................-20-

　　3.5.3worldFip协议.................................................................................................-21-

　　3.5.4worldFip总线典型器件..................................................................................-22-

　　3.5.5开发工具..........................................................................................................-23-

　　3.5.6目前存在的一些问题和应用前景..................................................................-23-4ethernet／ip通信适配器硬件设计与实现.......................................................................-25-

　　4．1硬件系统总体架构..................................................................................................-25-

　　4．2电源设计...................................................................................................................-25-

　　4．3复位电路设计...........................................................................................................-26-

　　4．4以太网通讯接口设计...............................................................................................-26-

　　4．4．1以太网电路原理.........................................................................................-27-

　　4．4．2以太网芯片cs8900a-iq3功能描述........................................................-27-

　　4.5串行通讯接口设计......................................................................................................-29-

　　4．6主从usb接口设计..............................................................................................-29-

　　4．7外部i／0扩展接口设计........................................................................................-30-5ethernet/ip工业以太网优缺点及发展前景.....................................................................-31-

　　1现场总线控制技术与工业以太网

　　20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟，智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用，嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。

　　现场总线控制系统（Fcs）是顺应智能现场仪表而发展起来的。

它的初衷是用数字通讯代替4--20ma模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。

　　控制专家们纷纷预言：

Fcs将成为21世纪控制系统的主流。

然而在控制界对Fcs进行概念炒作的时候，却注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一：

8种现场总线经过14年的纷争，最后iec的现场总线标准化组织经投票，通过以下这8种现场总线成为iec61158现场总线标准，即：

FFh1，controlnet，profibus，interbus，p．net，worldFip，swiftnet，FF之高速ethernet即hse。

这8种现场总线互不兼容，这也使得各厂商的仪表设备难以在不同的Fcs中兼容。

此外，Fcs的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线（FF）正在制定的国际标准为例，它采用了iso的参考模型中的3层（物理层、数据链路层和应用层）和极具特色的用户层，其低速总线h1的传输速度为31．25kbps，高速总线h2的传输速度为1mbps或2．5mbps，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。

又如广泛用于汽车行业的can总线

　　系统，其最高的传输速率为1mbps／40米；

这些现场总线受通讯距离制约较大。

由于上述原因，使Fcs在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。

　　以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。

但是传统以太网采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测（csma／cd）通讯方式，在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。

研究表明：

商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。

因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型的针对工业控制领域的以太网一工业以太网。

　　由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的信息层与控制层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。

从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，目前工业以太网在控制层已得到广泛应用，并成为事实上的标准。

未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。

　　工业以太网技术作为后起之秀，迅速抢占着其它总线形式的市场，推动其发展的两大动力是：

光纤环网的应用、分布智能装置仪表。

　　光纤环网解决了两大问题：

第一，轻松解决了在化工、矿业等极端条件的本质防爆问题，这一下子将以太交换设备向前推动了一个层次，使以太网可以到达工业现场层，第一次成为真正的Fieldbus；

第二，通过环网的冗余提高以太交换的可靠性，从而使工业以太网第一次可以应用对可靠性要求较高的应用环境中。

　　而分布智能的装置仪表，解决了所谓以太传输时滞不确定性的诟病。

首先，光纤环网的千兆交换速度，已经使绝大部分工业控制数据在可接受的时间内交换，对于大部分的工业生产信息，在100ms的时滞都是可以接受的。

而如果所有的控制均需要通过集中的方式进行，显然这个时滞又太大了。

可喜的是，工业控制装置和智能仪表正在向分布式发展。

这种发展趋势，导致大量的本地控制指令不需要通过冗长的总线来传输，而是由仪表或装置的本地计算完成，这就不需要通过数据交换的方式苛刻地要求工业以太网的确定时延。

　　2工业以太网实时性问题

　　工业以太网有着许多令人所信服的优点。

但是传统商业以太网技术应用到工业现场仍然有着或多或少的不足和缺陷，经过许多研究机构和工程技术人员的不懈努力和对关键技术的研究，使传统以太网技术不断改进来满足工业现场控制要求。

这些关键技术包括通信确定性和实时性技术、系统稳定性技术、系统互操作性技术、网络安全性技术、总线供电及本质安全与安全防爆技术等。

下面就确定性和实时性做一些介绍。

　　2.1通讯确定性和实时性技术

　　传统以太网采用总线式的拓扑结构和多路存取载波侦听／碰撞（csma／c通讯方式，即网络上的每个节点都通过竞争的方式来获取发送信息报文的权利，节点通过监听信道，当发现信道空闲时则把待发的信息报文发送出去，如果信道忙则处于等待状态。

在发送信息后检测是否发生了碰撞，如果出现则退出信道等待重发。

不难想象当网络负荷比较重的时候大量节点都在尝试重发进而导致网络堵塞，使一些节点的信息长时间得不到发送，这种特性称为以太网的不确定性。

传统以太网在工业控制中的传输延迟，对数据传送要求很高的场合是不能够应用的，这也影响了以太网技术在工业底层控制网络中的应用。

　　随着以太网技术的不断发展，工业以太网在确定性和实时性方面已经基本达到了工业现场实时控制的要求。

　　首先，在网络拓扑结构上采用了星形连接代替总线型连接。

图1示意了两种不同的网络拓扑结构。

其中的星形连接用网桥或路由器等设备将网络（ethernet,协议）分割成多个网段（segment），在每个网段上以一个多口集线器为中心，将若干个设备或节点连接起来，这样挂接在同一网段上的所有设备形成一个冲突域（collision）。

每个冲突域均采用csma／cd机制来管理网络冲突。

这种分段方法可以使每个冲突域的网络负荷减轻、碰撞几率减小。

　　图1以太网网络拓扑结构的比较

　　3ethernet／ip协议简介

　　现场总线国际标准iec61158经过十几年的争论和斗争后，放弃了其制定单一现场总线标准的初衷，最终发布了包括8种（第3版修订后增加了两种类型，而成为10种类型）类型总线的国际标准。

这说明各大总线各具特点、不可互相替代的局面得到世界工控界的认可。

　　目前有modbus-ida工业以太网，ethernet／lp工业以太网，FFhse工业

　　以太网，profitnet工业以太网,controlnet工业以太网,p．net工业以太网，swiftnet工业以太网，worldFip工业以太网等几种协议。

下来我们就各协议进行介绍。

　　3.1ethernet／ip工业以太网

　　ethernet／ip（ethernetindustryprotoco1）是适合工业环境应用的协议体系。

它是由两大工业组织odVa（opendevicenetVendorsassociation）controlnet

　　international所推出的最新的成员。

和devicenet以及controlnet一样，它们都是基于cip（controlandinformal／onprotoco1）协议的网络。

它是一种是面向对象的协议，能够保证网络上隐式的实时i／0信息和显式信息（包括用于组态参数设置、诊断等）的有效传输。

　　ethernet／ip采用和devienet以及controlnet相同的应用层协cip（controlandinformationprotoco1），因此，它们使用相同的对象库和一致的行业规范，具有较好的一致性。

ethernet／ip采用标准的ethernet和tcp／ip技术来传送cip通信包，这样，通用且开放的应用层协议cip加上已经被广泛使用的ethernet和tcp／ip协议，就构成ethernet／ip协议的体系结构。

协议的各层结构如图2所示。

　　图2应用cip的ethernet/ip

　　篇二：

以太网协议

　　新人进阶之以太网协议

　　相信很多新人在学习协议的时候会遇到很多问题，有些地方可能会总是想不明白（因为我自己也是新人^_^），所以，跟据我自己学习的经历和我在学习中所遇到的问题，我总结了一下列出来。

如果能对大家有所帮助，将是我莫大的荣耀！

　　关于局域网的起源和发展，这里就不多说，因为很多书上和网上都有详细的说明，我们将直接进入对局域网协议的学习中。

　　局域网的几种协议，主要包括以太网第二版、ieee802系列、令牌环网和snap等（之所以加个“等”字，是因为我只知道这几种，如果还有其他的，欢迎朋友们给我补充）。

而最为常见的，也就是以太网第二版和ieee802系列，我们也主要去了解这两种（ieee802包括好多种，我们也不一一介绍，只对其中常见做研究）。

　　一，以太网（V2）

　　以太网第二版是早期的版本，是由dec、intel和xerox联合首创，简称dix。

帧格式如下图：

　　（20.8kb）

　　20xx-6-911:

04

　　前导信息：

采用1和0的交替模式，在每个数据包起始处提供5mhz的时钟信号，以充许接收设备锁定进入的位流。

　　目标地址：

数据传输的目标mac地址。

　　源地址：

数据传输的源mac地址。

　　以太网类型：

标识了帧中所含信息的上层协议。

　　数据加填充位：

这一帧所带有的数据信息。

（以太网帧的大小是可变的。

每个帧包括一个14字节的报头和一个4字节的帧校验序列域。

这两个域增加了18字节的帧长度。

帧的数据部分可以包括从46字节到1500字节长的信息（如果传输小于46字节的数据，则网络将对数据部分填充填充位直到长度为46字节）。

因此，以太网帧的最小长度为18+46，或64个字节，最大长度为18+1500，或1518个字节。

）

　　Fcs：

帧校验序列（Fcs，Framechecksequence）域确保接收到的数据与发送时的数据一样。

当源节点发送数据时，它执行一种称为循环冗余校验（cRc，cyclicalRedundancycheck）的算法。

cRc利用帧中前面所有域的值生成一个惟一的4字节长的数，即Fcs。

当目标节点接收数据帧时，它通过cRc破解Fcs并确定帧的域与它们原有的形式一致。

如果这种比较失败，则接收节点认为帧已经在发送过程中被破坏并要求源节点重发该数据。

　　二，ieee802系列。

　　ieee802系列包含比较多的内容，但比较常见的是802.2和802.3。

下面我们就比这两种帧。

　　1，ieee802.3

　　为什么我要先把802.3列出来？

因为我个人觉得802.3应该是在802。

2之前出来，只它存在问题，所以才出现了802。

2以解决它的问题，大家是不是觉得有点糊，没关系，请继续看下去。

下面是这个帧的帧格式：

　　（19.21kb）

　　大家有没有发现在这个帧格式跟以太网第二版本的格式非常像？

没错，它们这间改动的比较少，因为802。

3是在以太网V2的基础上开发的，为了适应100m的网络，所以才把8位的前导步信息分成了7字节，并加入了一个sFd的域（为什么说这样分开一下可以支持100m？

我目前还没搞懂。

^8^那位高手有这方面的资料贡献一下啊）。

那前导和sFd到底起什么作用？

我的理解是，前导与soFd相当于跑步竞赛开始时的那句“预备！

跑！

”，前导就是“预备！

”，sFd就是“跑！

”，所以前导让接收设备进入状态，soFd让接收设备开始接收。

而这里所谓比特流硬件时钟同步，是指让设备按当前比特流信号频率同步，以得到精确的接收数据的位置，避免接收出错，与pc里所谓时钟概念是一样的。

　　再有就是类型字段变成了长度字段，这是因为当初这个协议是由novell开发的，所以它默认就是在就是局域网就是novell网，服务器是netware服务器，跑的是ipx的协议，因此去掉了类型换成了长度。

后来ieee再据此制定802。

3的协议，结果问题也就出来了。

如果我上层用的是ip协议呢？

那怎么办？

别急，有问题就会有方法，ieee802。

2也就由此出现了。

　　2，ieee802。

2

　　请看帧格式：

　　（24.23kb）

　　可以看到，种帧的最大区别就在于多了一个llc的域，即逻辑链路控制（llc，logicallinkcontrol）。

该信息用来区别一个网络中的多个客户机。

如果llc和数据信息的总长度不足46字节，数据域还将包括填充位。

长度域并不关心填充位，它仅仅报告逻辑链接控制层信息（llc）加上数据信息的长度。

逻辑链接控制层（llc）信息由三个域组成：

目标服务访问点（dsap，destinationserviceaccesspoint），源服务访问点（ssap，sourceservicea