powerlink介绍

 1.总体介绍

Powerlink 是一种基于IEEE802.3的纯软件方案，100%与IEEE802.3以太网保持一致。但是它在不同的层次都有自己的定义，并很好地与IP，TCP，UDP等进行了适当的结合。

在数据链路层（DLL层）作了分时管理的定义，同时在网络层和应用层的限制性的定义。Powerlink的一些应用数据可以使用IP协议进行传输。同时IP数据在异步阶段传输。Powerlink在应用层使用CanOpen协议。

Powerlink定义了自己的路由管理机制，可以完成powerlink网段之间的互连，并可连接到外部网络，有利于用户对网络进行实时监控等。

 

 

数据链路层定义

 

Powerlink在DLL层（数据链路层）有两种工作模式，一是powerlink模式，二是Ethernet模式。模式选择可以在配置时决定。使用ethernet模式，则与以太网的工作方式完全一致。以下主要讲在powerlink下的工作模式。

在以太网的协议基础之上，增加了MN管理者（Managing Node），通过它对网络的控制，把网络的传输过程分成一个个时间段作为网络周期。每一个周期内又分成“同步阶段”和“异步阶段”。两个阶段的开始与结束都是由MN向其它节点发送控制帧（SOC，SOA）来完成的。同步阶段完成一些数据量小，时间要求高的数据传输。异步阶段完成IP，TCP，UDP和数据量大，时间要求不高的数据传输。

 

 

Powerlink 周期

 

Powerlink组网完成之后，MN管理者控制网络周期，每个周期被分成“同步阶段”和“异步阶段”。同上图。在同步阶段，每个周期，powerlink网络采用混合轮询和时间槽，每一个节点CN(Control Node)发送数据的时间，时机都确定，由管理节点MN决定。

同步阶段

 

POWERLINK网络中有一个MN管理者，它在每一个周期开始时，广播发送SOC帧，每个CN接收到SOC后，进入“同步阶段”。MN发送PREQ（request请求帧）帧，此帧为单播帧。接收到此帧的CN以广播或是组播地方式发送PRES帧（回复帧）。

 

直接交叉通信

 

CN通过这种组播的方式向其它的CN传输数据。这样数据不用通过MN节点，这种方式称

为直接交叉通信。直接交叉通信对于安全组件是一个基本的先决条件，好处在于时间被节省，简化了系统，并且减少了控制任务，这使得可以在很多领域使用更经济的控制器。

多路复用

由于不是所有的控制节点需要在每个循环里被轮询，所以可以允许多个节点在不同的周期内使用同一个时间槽。如上图前一周期的cn3和后一个周期的cn5。

异步阶段

CN节点在同步阶段，利用PRES帧的“PR”和“RS ”字段告诉MN节点，在异步阶段待发送数据的优先级和数量。在MN节点中有一个管理机制“Manger Async Scheduler”，由它来决定本周期由哪一个节点在异步阶段传输数据。并在异步阶段的开始帧SOA中使用“RequestedServiceID”和“RequestedServiceTarget”向CN节点们通知本周期要求的是哪一个服务，以及提供服务的CN节点。

 

DDL数据帧形式

 

Powerlink数据帧在数据链路层上的形式如上图。Ethernet powerlink数据被嵌入到通用的Ethernet帧中。并使用专门的EtherType值（88ABh）。

同时powerlink内部也有MessageType，Destination，Source等控制字段。其中Destination，Source表示每一个设备的ID，最大为255，由于一些特殊设备占用了一些固定值，一个powerlink网络的最大ID号为240，ID为240的设备为MN节点。1-239为CN节点，255表示广播帧。

 

帧	发送者	接收者	传输类型	作用
SOC	MN	所有CN	广播	通知所有CN，同步阶段开始。
Preq	MN	一CN	单播	通知一CN，要求其回复Pres； 并向其发送应用信息。
Pres	CN	MN和一组CN	组播	通知MN，自己的MNT状态。 通知MN，自己在异步阶段的发送请求。 向其它CN，发送应用数据。
SOA	MN	所有CN	广播	告诉CN，同步阶段结束，异步阶段开始。 向所有CN，通知自己的MNT状态。 通知一个CN，它可以在此异步阶段，发送Asnd数据帧。
Asnd	CN	所有节点	广播	CN节点发送应用数据，或是IP，TCP，UDP数据包。

 

网络层定义

在powerlink的异步阶段，对IP层进行了很好的支持，在这里介绍powerlink的应用层是如何使用IP层来传输powerlink数据的。使用IP协议，可以把powerlink的数据转发到工厂的办公网络中，甚至是internet，可以实现对工厂设备的远程控制。

 

 

 

 

 

Powerlink的IP地址

 

一个powerlink网可是通过专用的路由器与其它powerlink网连接起来，但每一个powerlink网络的IP地址的定义都是一样的。使用C类的私有地址192.168.100.x网段，每一个节点的powerlink的ID就是每个节点的IP地址的最低字节。如MN的IP地址一定是192.168.100.240。

子网掩码为255.255.255.0；网关IP为192.168.100.254。

Powerlink数据嵌入UDP

Powerlink在UDP帧中的各个字段的含义与在以太网帧的含义是一样的。

Powerlink Router

Powerlink的路由器可以允许powerlink网间的IP通信，以及powerlink网与以太网之间的IP通信。

Powerlink路由器的核心任务：

诊断、远程维护、监控。

软件下载。

配置网络。

信息安全防护。

SDO通信。

网络地址转换（NAT）。

 

Powerlink路由器的工作模型。完成powerlink数据形式到ethernet数据形式的转化。

 

NAT工作模型图