PROFIBUS總線系統TTR的計算

甄麗平 司紹偉

1石家莊經濟學院信息工程系，河北 石家莊 050031

2武警石家莊指揮學院通信基礎教研室，河北 石家莊 050006

PROFIBUS總線系統TTR的計算

甄麗平1司紹偉2

1石家莊經濟學院信息工程系，河北 石家莊 050031

2武警石家莊指揮學院通信基礎教研室，河北 石家莊 050006

從分析PROFIBUS-DP的各種數據通信入手，分別詳細分析了數據交換和令牌傳的時間行為，給出了滿足每個主站持有足夠的令牌時間時，TTR的選取方法。

PROFIBUS；數據交換；令牌傳遞

PROFIBUS; data exchange; token passing

緒論

PROFIBUS是一種面向工廠自動化、流程自動化的國際性現場總線標準，它被廣泛地應用在快速、時間要求嚴格和可靠性要求高的通信任務中。在PROFIBUS里，TTR (Target Token Rotation Time)是一個重要的概念，它體現了系統實時性的指標，與系統的實時性能有很大的關系。

在PROFIBUS總線系統里，影響系統實時性能的一個重要的參數是TTR。本文從分析PROFIBUS-DP的各種數據通信行為入手，分別詳細分析了數據交換和令牌傳的時間行為，給出了滿足每個主站持有足夠的令牌時間時，T T R的選取方法。

1 PROFIBUS總線時間開銷分析

在PROFIBUS里，數據通信按照是否是周期性的可以分為：周期性數據通信MS0和非周期型數據通信MS1/MS2。MS0是主從站點間的數據交換，主要是定時采樣信號和控制器的定時控制信號等過程數據。由于過程數據直接影響受控對象，MS0的數據長度有限，實時性要求高。MS1中的報文幀長度一般較長，用于對各種報警信息、復雜模塊的數據傳輸。

圖1是一個典型的單主站的令牌周期的時間開銷的時間分布。由圖可知：

（1）一次總線周期中，周期性用戶數據數據通信和令牌傳遞是必發生的兩種通信行為；而FDL狀態查詢是有GAP因子決定的，發生的時間不具備周期性，MS1通信同FDL類似，也不具備周期性，但是它發生的幾率很小。

（2）在一次總線周期里，數據交換的通信時間是主要的成分。

（3）數據交換的通信時間有負載的大小決定，而FDL狀態查詢和令牌傳遞花費的時間是固定的，每一個總線周期的取值都是一樣的。

2 數據交換通信時間

數據交換和令牌傳遞是一次系統周期一定發生的兩種通信行為，我們首先討論系統周期只有這兩類行為的情況。數據交換的時序圖如圖2所示：

圖1 單主站的總線的時序圖

MS0通信中的數據交換使用的是SDR2幀格式，通信的時間有3部分：數據幀傳輸時間，主站的Tid1時間和從站的TSDR時間。假設某主站有N個從站，第i個從站的輸入字節和輸出字節分別記Nreq(i)和Nres(i)，周期性數據通信用的時間Tframe表示如下：

圖2 數據交換的時序圖

用實驗數據分析該公式，圖3是得出的實驗數據，分析得出的結論如下：

（1）主站和從站的request通信，其中Nreq為10字節。從圖中可以看出，數據交換的時間分兩部分：具有穩定時間的數據幀傳輸時間(10+9)*11=209 Tbits和具有波動的空閑時間，是由TSDR引起的，TSDR通常取之11Tbits。

（2）主站和從站的response通信，其中Nres為18字節。從圖中可以看出，數據交換的時間分為兩部分：具有穩定時間的數據幀傳輸時間(18+9)*11=297 Tbits和具有波動的空閑時間，主要是由Tid1引起，Tid1通常取42Tbits。

圖3數據交換實驗數據

3 令牌傳遞通信時間

令牌傳遞采用SD4格式，有固定的3字節數據和主站的空閑時間Tid1，

同MS0通信一樣，利用實驗數據分析了公式2，圖4是實驗數據，我們得到的結論如下：

（1）令牌傳遞時間有兩部分組成：數據幀的傳輸和主站的空閑時間，數據幀傳輸時間是固定的，而空間時間有波動。

（2）穩定時間為33Tbits，空閑時間通常取值42Tbits

圖4 令牌傳遞實驗數據

由TRR的定義可以知道：TRR的大小有各主站占用令牌的時間決定。這樣我們就可以得到TRR的大小：T R R=T M 1+T M 2+…+T M m+m TToken；

上式中TMi 指每一主站在某次令牌周期里通信的時間,m代表主站的個數，TToken代表令牌傳遞的時間。

假設系統周期里只考慮這兩種通信，保證每一主站都有令牌持有時間，我們給出TRR,TTR,TTH的最小值分別如下：

4 結論

本文從分析PROFIBUS-DP的各種數據通信行為入手，分別詳細分析了數據交換和令牌傳的時間行為，給出了滿足每個主站持有足夠的令牌時間時，TTR的選取方法。

[1] Tovar, E., Vasques, F.: "Guaranteeing Real-Time Message Deadlines in Profibus Networks", Proceedings of the 10th Euromicro Workshop on Real-time Systems, Berlin,Germany, IEEE Press, 1998, pp. 79-86

[2]Tovar E., Vasques, F.: "Cycle Time Properties of the PROFIBUS Timed Token Protocol", September 1998, to appear in Computer Communications, Elsevier Science

From the various data communication of PROFIBUSDP, detailed analyze the data exchange and token transmission time behavior. And give the TTR selection method while each master station holding the token of time sufficient.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.052