MVB、CANOpen、以太网等列车总线对比

MVB/CANOpen/以太网等列车总线

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MVB/CANOpen/以太网等列车总线对比

轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第2-5部分：以太网列车骨干

I C S45.060 S70 中华人民共和国国家标准 G B/T28029.6 2020 轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第2-5部分:以太网列车骨干网(E T B) E l e c t r o n i c r a i l w a y e q u i p m e n t T r a i n c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k(T C N) P a r t2-5:E t h e r n e t T r a i nB a c k b o n e(E T B) [I E C61375-2-5:2014,E l e c t r o n i c r a i l w a y e q u i p m e n t T r a i n c o mm u n i c a t i o n n e t w o r k(T C N) P a r t2-5:E t h e r n e t t r a i nb a c k b o n e,MO D] 2020-03-06发布2020-10-01实施 国家市场监督管理总局

目 次 前言Ⅲ 引言Ⅴ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语二 定义二缩略语和约定2 3.1 术语和定义2 3.2 缩略语2 3.3 约定3 4 E T B 物理层4 4.1 列车域4 4.2 物理特征4 4.3 以太网供电(P o E )10 4.4 E T B 物理架构和冗余12 5 E T B 数据链路层14 6 E T B 网络层15 6.1 概述15 6.2 I P 映射介绍16 6.3 拓扑16 6.4 网络I P 地址映射18 6.5 特殊主机I P 地址22 6.6 用例25 6. 7 动态I P 路由管理28 7 E T B 传输层29 8 E T B 列车初运行29 8.1 概述29 8.2 目标和假设30 8.3 E T B N 设置31 8.4 通用行为33 8.5 E T B N 初运行状态图33 8.6 E T B N 发现37 8.7 T T D P 消息描述40 8.8 T T D P 数据结构50 8.9 T T D P 帧定时55 8.10 初运行列车应用接口59 8.11 降级模式59 8.12 发现时序60 G B /T 28029.6 2020

工业以太网与现场总线的优缺点 整理

工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；

以太网接口分析

以太网相关接口包括：MII/RMII/SMII以及GMII/RGMII/SGMII接口 MII接口 MII接口提供了MAC与PHY之间、PHY与STA(Station Management)之间的互联技术，该接口支持10Mb/s与100Mb/s的数据传输速率，数据传输的位宽为4位。 MII接口可分为MAC模式和PHY模式，一般说来MAC和PHY对接，但是MAC和MAC 也是可以对接的。 以前的10M的MAC层芯片和物理层芯片之间传送数据是通过一根数据线来进行的，其时钟是10M，在100M中，如果也用一根数据线来传送的话，时钟需要100M，这会带来一些问题，所以定义了MII接口，它是用4根数据线来传送数据的，这样在传送100M数据时，时钟就会由100M降低为25M，而在传送10M数据时，时钟会降低到2.5M，这样就实现了10M和100M的兼容。 MII接口主要包括四个部分。一是从MAC层到物理层的发送数据接口，二是从物理层到MAC层的接收数据接口，三是从物理层到MAC层的状态指示信号，四是MAC层和物理层之间传送控制和状态信息的MDIO接口。 MII接口的MAC模式定义： MII接口PHY模式定义：

MDIO接口包括两根信号线：MDC和MDIO，通过它，MAC层芯片（或其它控制芯片）可以访问物理层芯片的寄存器（前面100M物理层芯片中介绍的寄存器组，但不仅限于100M 物理层芯片，10M物理层芯片也可以拥有这些寄存器），并通过这些寄存器来对物理层芯片进行控制和管理。MDIO管理接口如下： MDC：管理接口的时钟，它是一个非周期信号，信号的最小周期（实际是正电平时间和负电平时间之和）为400ns，最小正电平时间和负电平时间为160ns，最大的正负电平时间无限制。它与TX_CLK和RX_CLK无任何关系。 MDIO是一根双向的数据线。用来传送MAC层的控制信息和物理层的状态信息。 RMII接口 MII接口也有一些不足之处，主要是其接口信号线很多，发送和接收和指示接口有14根数据线(不包括MDIO接口的信号线，因为其被所有MII接口所共享)，当交换芯片的端口数据较多时，会造成芯片的管脚数目很多的问题，这给芯片的设计和单板的设计都带来了一定的问题。为了解决这些问题，人们设计了两种新的MII接口，它们是RMII接口(Reduced MII 接口)和SMII接口(StreamMII接口)。 这两种接口都减少了MII接口的数据线，不过它们一般只用在以太网交换机的交换MAC 芯片和多口物理层芯片中，而很少用于单口的MAC层芯片和物理层芯片中。RMII接口和SMII 接口都可以用于10M以太网和100M以太网，但不可能用于1000M以太网，因为此时时钟频率太高，不可能实现。 从图中可以看到，RMII接口相对于MII接口减少了一半的连接线只有8根接口线。TXD[1:0]：数据发送信号线，数据位宽为2，是MII接口的一半；

Ethernet信号测试方法

Ethernet信号测试方法 一、Ethernet物理层测试 1、简介 在PC和数据通信等领域中，以太网的应用非常广泛。以太网的技术从1990年10Base-T标准推出以来，发展非常迅速，目前普及的是基于双绞线介质的10兆/百兆/千兆以太网，同时10G以太网的技术也逐渐开始应用。 为了保证不同以太网设备间的互通性，就需要按照规范要求进行响应得一致性测试。测试所依据的标准主要是IEEE802.3和ANSI X3.263- 1995中的相应章节。根据不同的信号速率和上升时间，要求的示波器和探头的带宽也不一样。对于10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测试需要1GHz带宽。对于10G以太网的测试，由于其标准非常多，如10GBase-CX、10GBase-T、10GBase-S等，有的是电接口，有的是光接口，不同接口的信号速率也不一样。10GBase-CX、XAUI、10GBase-T的测试至少需要8G带宽的实时示波器，10GBase-S等光接口的测试，根据不同速率则需要相应带宽的采样示波器。 要进行一致性测试，首先要保证的是测量的重复性，由于以太网信号的摆幅不大，如1000Base-T的信号幅度只有670~820mv，XAUI信号最小摆幅只有200mv，如果测量仪器噪声比较大，就会造成比较大的测量误差。

2、10M/100M/1000M以太网测试方法 对于10M/100M/1000M以太网的信号测试，可以选择Agilent 9000系列示波器，也可以选择90000系列示波器。 要进行Ethernet信号的测试，只有示波器是不够的，为了方便地进行以太网信号的分析，还需要有测试夹具和测试软件。测试夹具的目的是把以太网信号引出，提供一个标准的测试接口以方便测试，测试夹具的型号是N5395B。下图是夹具的图示。 在N5395B测试夹具上划分了不同的区域，可以分别进行10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测量。另外还有专门区域可以连接网络分析仪进行回波损耗的测量。夹具附带的短电缆可以连接夹具和被测件，附带的小板用于回波损耗的测量时进行网络仪校准。 IEEE802.3规定了很多以太网信号的参数，对于10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的电气参数，可以分别参考IEEE802.3规范的14、25和40节。如果不借助相应的软件，要完全手动进行这些参数的测量是一件非常烦琐和耗时耗力的工作，为了便于用户完成以太网信号的测量，Agilent在8000/90000系列的Infiniium系列示波器上都提供了以太网的一致性测试软件N5392A。 下图是N5392A 以太网一致性测试软件提供的测试项目。

基于以太网的列车通信网络性能仿真研究

基于以太网的列车通信网络性能仿真研究 列车通信网络是列车通信的核心部分，它负责对整辆列车进行控制、检测，以及各种信息的采集和传送。通过对子网拓扑结构，从网络时延、网络负载以及吞吐量、链路使用率方面进行分析。研究表明，增加冗余可以满足列车以太网通信低时延、高实时性的需求，改善了吞吐量和链路使用率。 标签：以太网；拓扑；列车 随着客运专线和高速铁路的不断发展，列车通信网络的应用需求不断提高，以太网作为一种应用最普遍的标准网络技术，具有高的通信速率，可以满足对带宽的更高要求，同时还具有价格低廉、容易扩展、通用性强等优点。因此组建采用以太网的列车通信网络非常有实际价值。但是，由于列车本身运行环境的复杂性和以太网自身不确定性的缺点阻碍了以太网在列车通信网络中的应用。本文通过构建以太网子网网络拓扑的不同模型进行仿真，分析不同的网络拓扑结构的网络时延、网络负载以及吞吐量、链路使用率。 一、列车通信网络构造 列车通信网络骨干系统主要部件包括列车信息中央装置、列车信息终端装置、列车信息显示器、车内信息显示控制装置、卡架、列车引导信息显示器等。列车从车头到车尾，各个车厢编号如表一按照从左到右的顺序，也是整个列车通信网络的控制中心，头车中设置有由控制部分和监视器部分构成的中央装置，具有列车编组整体信息管理功能和向司机台信息显示器传送数据的功能。各车厢分别设置有台终端装置，实现各车厢车载设备的控制功能和信息传送。列车通信网络装置具有三大功能控制指令传送功能动车组牵引、制动、辅助电源等设备分散布置于列车各车辆，司机操作台布置在头车，控制指令通过信息网络，实现整列车集中控制。监视器功能将列车信息显示在司机台的显示器上，使乘务员了解列车运行状态。车载检测功能使列车检测自动化，实时检测记录列车设备状态，及时切除故障设备，避免故障扩大，记录的状态数据还可作为维修依据，减轻维护保养工作。 二、基于以太网子网网络拓扑结构的列车通信 1、TCP/IP协议列车通信网络采用TCP/IP协议[1]，该协议使用四层网络，其中底层的网络访问层包括物理层和数据链路层，而数据链路层又包括了逻辑链路控制子层以及介质访问控制子层。应用层：为lnternet操作、文件传输、网络排错以及远程控制提供了所需的应用程序，同时还支持应用编程接口，使得网络能够被某一操作系统编写的程序所访问。 传输层：提供流量控制、确认服务和错误控制，充当网络应用程序的接口。 网际层：提供独立于硬件的逻辑寻址，从而让数据能够在具有不同物理结构

工业以太网与现场总线的优缺点(精)

工业以太网与现场总线的优缺点1引言用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控 制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intran et/l nternet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟，导致自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网 传输速率快。2以太网与工业以太网2.1什么是以太网与工业以太网以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10?100Mbps的速率传 送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps 的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2以太网具有的优点（1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽；（2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT （信息技术）世界；（3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；（4）在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术； （5）沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；（6）允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。2.3工业以太网的优点（1）基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准，协议开放、完善不同厂商设备，容易互连具有互操作性；（2）可实现远程访问， 远程诊断；（3）不同的传输介质可以灵活组合，如同轴电缆、双绞线、光纤等； （4）网络速度快，可达千兆甚至更快；（5）支持冗余连接配置，数据可达性 强，数据有多条通路抵达目的地；（6 ）系统容易几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障，有成熟可靠 的系统安全体系；（7）可降低投资成本。3主流应用层协议-工业以太网协议由于商用计算机普遍采用的应用层协议不能适应工业过程控制领域现场设备之间的实时通信，所以必须在以太网和TCP/IP协议的基础上，建立完整有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协调好工业现场控制系统中实时与非实时信息的传输，形成被广泛接受的应用层协议，也就是所谓的工业以太网协议。目前已经制定的工业以太网协议有MODBUS/TCP,HSE, EtherNet/IP, ProfiNet等。MODBUS/TCP协议是法国施耐德公司1999年公布的协议，以一种非常简单的方

(完整版)以太网控车基础技术规范-

名称以太网控车基础技术规范编号 版本

目次 1.目的 (1) 2.规范性引用文件 (1) 3.术语缩略语 (2) 4.设备规格 (3) 4.1 以太网线 (3) 4.2 通信连接器 (3) 4.3 终端设备 (3) 4.4 交换机 (4) 5.以太网配置 (5) 5.1 MAC 地址分配 (5) 5.2 IP分配 (5) 5.3 线序及模式配置 (5) 6.数据帧格式 (5) 7.过程数据端口及周期分配 (7) 8.安全通信相关要求（关键设备：网络主控、牵引、制动、信号） (7) 8.1 数据表示 (7) 8.2 安全措施 (8) 8.3 校验（SC-32） (8) 8.4 源设备身份标识（SID） (9) 8.5 安全数据报文（VDP） (10) 8.6 排他性 (11) 8.7 时间参数配置（以下参数均由应用程序参考下方说明进行设置） (11) 8.8 安全数据源（SDSRC） (11) 8.9 安全数据宿（SDSINK） (11)

1.目的 本文档作为以太网控车的基础技术规范，用于规范参与以太网控车的通信介质、车载设备电气接口、通信接口，指导以太网控车的方案执行。 本文档适用于采用以太网控车的动车组。 2.规范性引用文件 规范性引用文件

序号标准 18 IETF RFC 1901 3.术语缩略语

序号标准 19 WNDS 4.设备规格 4.1 以太网线 以太网电缆应采用符合ISO/IEC 11801 的超 5 类屏蔽双绞线。车辆内部连接以太网电缆和跨车辆（永久车钩或半自动车钩）连接以太网电缆的线径应至少采用22AWG。如果以太网电缆应用在自动车钩上，应考虑使用更大线径的以太网电缆，终端设备与交换机设备之间，交换机设备与交换机设备之间以太网线缆需采用交叉线。 4.2 通信连接器 以太网连接器采用符合DIN EN61076-2-101的M12 D型编码连接器。在设备端采用插孔，电缆端采用插针。临时设备（例如PTU）可采用RJ45 连接器。M12 连接器示意图如下： 4.3 终端设备 以太网终端设备包括TCU、BCU、APU 等具备以太网接口，连接至以太网交换机上的设备。终端设备的参数要求见下表：

各类工业总线对比

各类工业总线对比 EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。 EtherCAT EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧：嵌入在每个从站中的FMMU（现场总线存储管理单元）在帧经过该节点时读取相应的编址数据，并同时将报文传输到下一个设备。同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。主站方面也非常经济，商用的标准网卡（NIC）或任何主板集成的以太网控制器可以用作硬件接口。这些接口的共性就是数据通过DMA（直接内存读取）传输至PC，即网络读取时无需占用CPU资源。协议EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定的以太类型。采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传输控制数据，而无需重新定义标准以太网帧。该以太网帧可由多种子报文组成，每个子报文服务于逻辑过程映像区的特定内存区，该区域最大可达4GB。数据序列是独立于物理顺序的，所以以太网端子模块的编址可以随意排序。从站之间的广播，多播和通讯也可得以实现。当EtherCAT组件与主站控制器运行在同一个子网，或者在控制软件直接读取以太网控制器时，可以使用以太网帧直接传输数据。然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文，这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。在这种情况下，系统性能显然取决于控制器及其以太网协议的实时性能。EtherCAT 网络本身的响应时间几乎不受影响：UDP数据帧只需要在第一个站点解包。性能EtherCAT使网络性能达到了一个新高度。借助于从站节点中的FMMU和网络控制器主站的直接内存存取，协议的处理过程完全在硬件中完成。整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此，完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 s。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于12000个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为300 s. 100个伺服轴的通讯也仅为100s。在此期间，系统更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。例如，以太网系统现在不仅可以处理速度控制，也可用于分布式驱动的电流控制。巨大的带宽可以实现每个数据信息与其状态信息同时传输。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT取代PCI由于主板集成了以太网卡，用于接口卡的插槽不再是必要条件。随着PC组件急剧向小型化经济化方向发展，工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性：IPC中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子。除了可以对分布式I/O进行编址，还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。即使是其他无协议限制的以太网设备变体，也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯要求，因此，这不仅极大地精简了IPC 主机的体积，而且也降低了IPC主机的成本。拓扑结构EtherCAT几乎支持任何拓扑类型，包括线型、树型、星型等。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网，并且不受限于级联交换机或集线器的数量。最有效的系统连线方法是线型、分支或树叉结构的组合拓扑。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。当然，仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还

RS和CAN总线与以太网比较

R S和C A N总线与以太 网比较 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

以太网、CAN总线、RS485总线都属于现场总线范畴，用户根据不同的场合和应用需求而采用不同的现场总线方式，每种总线有不同的标准特性，通过下列描述了解各种总线的特性以及各种总线优缺点。 一、RS485接口标准 ?RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0"以两线 间的电压差为-（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 ?RS-485的数据最高传输速率为10Mbps ?RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声 干扰性好。 ?RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS- 232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。 ?因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使 其成为首选的串行接口。 ?因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏 蔽双绞线传输。 二、CAN总线接口标准 ?国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；

?传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1MHz bps）； ?单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数； ?多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高； ?实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时； ?出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯； ?报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低； ?自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高； ?硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制； ?通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等； ?CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。 三、工业以太网的优势及存在问题 基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式的网络，由其组成的系统兼容性和互操作性好，资源共享能力强，可以很容易的实现将控制现场的数据与信息系统上的资源共享；数据的传输距离长、传输速率高；易与Internet连接，低成本、易组网，与计算机、服务器的接口十分方便，受到了广泛的技术支持。 以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)，无法保证数据传输的实时性要求,是一种非确定性的网络系统；安全可靠性问题,以太网采用超时重发机制,单点的故障容易扩散，造成整个网络系统的瘫痪；对工业环境的适应能力问题，目前工业以太网的鲁棒性和抗干扰能力等都是值得关注的问题，很难适应环境恶劣的工业现场；本质安全问题,在存在易燃、易爆、有毒等环境的工业现场必须要采用安全防爆技术；总线供电问题。在环境恶劣危险场合，总线供电具有十分重要的意义。

4种FE以太网数据接口

4 种以太网数据接口：MII 接口、RMII 接口、SMII 接口、SS-MII 接口。 MII 接口 MII 接口是 IEEE802.3 规定的标准接口。它与芯片接口的信号如下图所示（图中表示 一个 MII 接口）。
RX_CLK RX_DV RXD(3:0) PHY 层 芯 片 RX_ER 接 收 SMII 接 口 （RSMII）
TX_CLK TX_EN TXD(3:0) TX_ER 发 送 SMII 接 口 （TSMII）
接收方向： RX_CLK:接收时钟，当为以太网速率是 100M 时，是 25M 时钟，当为以太网速率是 10M 时， 是 2.5M 时钟。 RX_DV: 接收数据 RXD 有效指示信号。 RX_ER: 发送方向： TX_CLK:发送时钟，当为以太网速率是 100M 时，是 25M 时钟，当为以太网速率是 10M 时， 是 2.5M 时钟. TX_EN:发送数据 TXD 有效指示信号。 TX_ER:发送错误指示信号。 SMII 接口: TXD(3:0):发送数据 接收数据错误指示信号。 RXD(3:0): 接收数据信号。

R X (7:0) R xSY N C 接 收 SM II 接 口 （ R SM II）
PHY 层 或 MAC 层 芯 片
T X (7:0) T xSY N C 发 送 S M II 接 口 （ T SM II）
125M 外 时 钟 源 或从交换 （ 芯片来）
SMII 接口不是 IEEE802.3 规定的标准。但是它是得到工业界支持工业标准。它有一 个全局的时钟信号和同步信号。接口信号如下图所示（图中表示 8 个 SMII 接口，当芯片 作为 Master 使用时，全局同步信号使用 TxSYNC，当作为 Slave 使用时，全局同步信号使 用 RxSYNC） 因此，在 SMII 接口时，发送和接收的数据都是锁定在同一 125M 时钟上。 接收方向的信号定义为： 其中，各个 bit 的定义如下图所示。

完整版以太网接口分析

MII 接口 MII接口提供了MAC与PHY之间、PHY与STA(Station Management)之间的互联技术，该 接口支持10Mb/s与100Mb/s的数据传输速率，数据传输的位宽为4位。 MII接口可分为MAC模式和PHY模式，一般说来MAC和PHY对接，但是MAC和MAC 也是可以对接的。 以前的10M的MAC层芯片和物理层芯片之间传送数据是通过一根数据线来进行的，其时钟是10M，在100M中，如果也用一根数据线来传送的话，时钟需要100M，这会带来一 些问题，所以定义了Mil接口，它是用4根数据线来传送数据的，这样在传送100M数据时，时钟就会由100M降低为25M，而在传送10M数据时，时钟会降低到 2.5M，这样就实现了10M和100M 的兼容。 MII接口主要包括四个部分。一是从MAC层到物理层的发送数据接口，二是从物理层到MAC 层的接收数据接口，三是从物理层到MAC层的状态指示信号，四是MAC层和物理层之间传送控制和状态信息的MDIO接口。 MII接口的MAC模式定义： MII接口PHY模式定义:

表上

MDIO接口包括两根信号线：MDC和MDIO，通过它，MAC层芯片（或其它控制芯片） 可以访问物理层芯片的寄存器（前面100M物理层芯片中介绍的寄存器组，但不仅限于100M 物理层芯片，10M物理层芯片也可以拥有这些寄存器），并通过这些寄存器来对物理层芯片进行控制和管理。MDIO管理接口如下： MDC：管理接口的时钟，它是一个非周期信号，信号的最小周期（实际是正电平时间和负电平时间之和）为400ns,最小正电平时间和负电平时间为160 ns,最大的正负电平时间 无限制。它与TX_CLK和RX_CLK无任何关系。 MDIO是一根双向的数据线。用来传送MAC层的控制信息和物理层的状态信息。 RMII 接口 MII接口也有一些不足之处，主要是其接口信号线很多，发送和接收和指示接口有14根数据线（不包括MDIO接口的信号线，因为其被所有Mil接口所共享），当交换芯片的端口 数据较多时，会造成芯片的管脚数目很多的问题，这给芯片的设计和单板的设计都带来了一 定的问题。为了解决这些问题，人们设计了两种新的Mil接口，它们是RMII接口（Reduced MII 接口）和SMII 接口（StreamMII 接口）。 这两种接口都减少了Mil接口的数据线，不过它们一般只用在以太网交换机的交换MAC 芯片和多口物理层芯片中，而很少用于单口的MAC层芯片和物理层芯片中。RMII接口和SMII 接口都可以用于10M以太网和100M以太网，但不可能用于1000M以太网，因为此时时钟频率太高，不可能实现。 从图中可以看到，RMII接口相对于Mil接口减少了一半的连接线只有8根接口线。 TXD[1:0]:数据发送信号线，数据位宽为2，是Mil接口的一半；

现场总线与工业以太网技术A卷

《 》试题A 第 1 页 共 1页 考号 姓名 班级 密封线 答案写在答题线右边 答题线 山铝职院2011~2012学年第二学期 10级工业网络专业《现场总线与工业以太网技 术》期末考试试题A 卷 （卷面满分为100分，请将全部答案均按题号顺序写在答题纸上） 一. 判断题： （每题2分共20分） 1. 现场总线之所以具有较高的测控性能，一是得益于仪表的智能化，二是得益于设备的通信化。 （ ） 2. CSMA/CD 在发送之前要先侦听线路有无数据在发送，以后在数据发送过程中就不需要判断有无冲突存在了。 （ ） 3. CP343-1可以同时作为主站和从站。 （ ） 4. PROFIBUS 主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。 （ ） 5. 在对本质安全设备和安全栅进行认证时，不需要对电压、电流、功率这些实体参数做出说明。 （ ） 6. PROFIBUS 总线每个段上最多可接126个站。 （ ） 7. 基金会现场总线FF-H1数据传输速率为31.25KB/s ，通信距离可达1900m 。（ ） 8. CAN 总线采用非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信 方式，具有某种程度的非确定性。（ ） 9. 在CAN 总线中，发出报文的节点称为报文发送器，如果总线不处于空 闲状态，一个不是报文发送器的接点称为接收器。（ ） 10. Powerlink 工作模式分为开放模式、局部模式和基本以太网模式。 （ ） 二 选择题： （每题2分共10分） 1. 在常用的传输介质中，（ ）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。 A ．双绞线 B ．同轴电缆 C ．光纤 D ．微波 2. 工业控制自动化主要包括三个层次，下列哪个不是（ ） A ．基础自动化 B.应用自动化 C ．管理自动化 D.过程自动化 3. 西门子公司的提供了众多的网络服务，下列那种不是（ ） A ．标准通信 B.PP/OG 通信 C ．S7通信 D.S5兼容通信 4. 现场总线PROFIBUS 决定数据通信的是（ ）。 A ．智能从站 B ．DP 从站 C ．主站 D ．中继器 5. 以下几种通讯协议不属于以太网范畴的是（ ） A. PROFINET B. Modbus/TCP C. EhterNet/IP D. ProFibus 三.填空题： （每题1分共20分） 1. 自动控制从非智能、低智能到高智能的发展阶段经历 了： 、 、 和 四个阶段。 2. FF 总线由 和 两部分组成。 3. 计算机网络按作用范围（距离）可分为________、________和________； 4. S7-300 PLC 的程序可采用三种语言编程，包括 、 、 三种语言编程，系统功能块通常采用功能图编程。 5. 通信方式按照信息的传输方向分为 、 和 等三种方式。 6. CAN 的报文帧有以下四种类型： 、 、 和 。 7. 光纤分为 和多模两种类型，其传输原理都是基于光的 。 四.简答题： （每题6分共30分） 1. 现场总线定义及技术特点 2. 工业以太网定义 3. 什么是本质安全？ 4. Profibus 由那三个子集组成，其技术特点各有哪些？ 5. ISO/OSI 参考模型为哪7层？ 五.应用题： （共10分） 某企业想要建设工业以太网，如果利用S7通信方式，请选择相应的软硬件为其进行硬件组态。选择的硬件包括： （1）CPU 两个、（2）CP 343-1两个、（3）PC （带网卡）；软件为STEP 7。 请简述组态步骤。

现场总线、以太网和两者合并的真相

现场总线、以太网和两者合并的真相 继以太网和基于IP 的协议成功地取代了用于自动化的RS485 和专用同轴 电缆解决方案之后，经常出现这种推测，即以太网将取代现场总线。同样，自 从所有类型的以太网设备都能与同一个网络连接后，常常出现这样的建议，那 就是以太网可能成为现场总线不能实现的单一协议问题的解决方案。使用现场 总线和以太网的相互关联被极大地曲解了。本文进一步探讨了自动化系统集成 的真实性、每种网络技术所扮演的角色以及用户处理许多运行在以太网上专用 协议的方法。多年以来“现场总线”这个术语在许多方面经常使用，很难说出人们在使用这个词时它的真正含义。例如，HART 是现场总线吗？Profibus 和Modus 也是现场总线吗？使用这个词时仅仅是指定义在IEC61158 中的总线吗？它仅仅和用于过程自动化或机器自动化和运动控制的总线有关吗？一种总线必 须提供本征安全的能力才称得上是现场总线吗？在过去的几年中，市场上有一种更加宽泛的定义解决了对现场总线的疑惑：现场总线可以指贯穿工厂层的 在过程中将传感器/发送器和执行器/阀门连接起来的任何自动化总线。这还是很难理解当人们说传感器层的网络连接时他们的真正含义。这可以指它确实和 传感器和发送器连接，但是它通常是指与按顺序连接到实际传感器的远程I/O 块相连接。大多数现场总线协议不是专用的。许多是基于IEC 或其他行业标准，例如用于以太网的IEEE 标准。然而，由于容量低于以太网，因此它们看 起来相对特殊。什么是以太网和IP？以太网这个名字也被广泛地误解了。许多时候当问人们他们工厂中使用什么工业网络协议时，今天他们会回答是“以 太网”或“TCP/IP”，正如过去他们回答“RS485”或“RS232”一样。这些实际上都 是错误的，因为以太网和TCP/IP 不是完整的协议堆栈，正如RS232 和RS485 不是协议一样。然而，以太网和TCP/IP 为一些新的工业网络技术提供了基础。

以太网接口和框图详细讲解

实时嵌入式系统 以太网接口及应用

网络层次模型

以太网层次模型

以太网层次功能 物理层：物理层：定义了数据传输与接收所需要的光与电信号光与电信号，，线路状态线路状态，，时钟基准时钟基准，，数据编码电路等编码电路等。。并向数据链路层设备提供标准接口准接口。。 数据链路层数据链路层：：提供寻址机制提供寻址机制，，数据帧的构建，数据差错检查数据差错检查，，传输控制传输控制。。向网络层提供标准的数据接口等功能提供标准的数据接口等功能。。

IP 层IP 数据报 以太网的MAC 帧格式在帧的前面插入的8 字节中的第一个字段共7 个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 MAC 帧物理层 MAC 层以太网V2 MAC 帧 目的地址源地址类型数据FCS 6624字节 46 ~ 150010101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始 定界符7 字节 1 字节… 8 字节 插 入 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC 帧还多8 个字节

以太网接口的构成 从硬件的角度看，从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC MAC控制器和物理层接口控制器和物理层接口控制器和物理层接口（（Physical Layer Physical Layer，，PHY PHY））两大部分构成两大部分构成。。 嵌入式网络应用的两种方案 处理器加以太网接口芯片处理器加以太网接口芯片。。芯片如芯片如RTL8019RTL8019RTL8019、、RTL8029RTL8029、、RTL8139RTL8139、、CS8900CS8900、、DM9000DM9000等等，其内部结构也主要包含这两部分部结构也主要包含这两部分。。 自带自带MAC MAC MAC控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片。。如DP83848DP83848、、BCM5221BCM5221、、ICS1893ICS1893等等。

以太网物理层信号测试与分析报告

以太网物理层信号测试与分析 1 物理层信号特点 以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。 1、1 10Base-T 编码方法 10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。 图1 曼彻斯特编码规则 1、2100Base-Tx 编码方法 100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。

现场总线和工业以太网

在工作中，很多新人问我究竟什么是现场总线，什么是工业以太网，对于刚入行的新人来说是比较难理解，我这里尽量采用通俗的讲法给大家解释一下现场总线和工业以太网。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同余计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。 做过PLC的人都知道，如果现场有100个I/0点，我们就需从PLC柜引超过100根的电线到现场，如果是1000个呢？？所以有人就想，能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢？ 不错，现场总线就实现了这种功能。它及大方便了布线。 还有一点，现场总线把原先PLC要实现的功能分散到了现场设备/仪表。 还有一点很重要：现场总线采用的数字传输。数字化是各行各业普遍的趋势。我们的电视现在都数字化了。工业控制也要数字化！！数字传输比较模拟量传输就很大的优势！世界就是这么奇怪，当人类自以为聪明，把问题复杂话的时候惊奇的发现0和1才是世界的本质。哈哈~~ 现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式，它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输，同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点： 1、布线简单 2、开放性 3、实时性 4、可靠性 对于上面几个概念应该都比较好理解，深入的了解，大家可以参考相关资料。 工业以太网，所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。 以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。所以工业以太网就随之产生了。 还有一个问题，很多人常问：为什么有那么多的现场总线协议，那么多的工业以太网协议呢？ 工业网络的发展经历了20多年，由于对未来的自动化控制的战略意义重大，市场潜力巨大，国际上著名的自动化设备制造商都千方百计地研发有自己特色的工业网络，各种现场总线和工业以太网相继产生。为了统一这些标准，形成最终的唯一的世界标准，各方面都进行了长时间努力，但出于各自的利益，最终以失败告终，妥协形成了了多个标准: 现场总线的标准不断完善和更新，先后发表了3个版本，目前正在制定第4个版本。 IEC61158 ，1984年IEC提出现场总线国际标准草案，1993年才通过了物理层的标准，数据连路层的标准几经反复，修改的IEC61158国际标准才于1999年12月投票通过，形成2000年版本的IEC61158标准，共8中类型的现场总线： 类型1：原IEC61158技术报告即FF H1 2：ControlNet