arcnet网络协议解析设备设计
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ARCNET局域网的协议剖析和应用技术1 引言ARCNET最初由美国Datapoint公司于1977年成功开发并用于办公局域网中,后来以太网以其更快的传输速率和大量的数据传输量使办公室网络的需求由ARCNET转向以太网。
而ARCNET时间的确定性,数据传输的可靠性和组网的灵活性,使其在工业实时控制系统中找到了新的应用途径―嵌入式控制系统的应用。
ARCNET广泛应用于实时控制的各个领域,诸如印刷、电力、船舶、铁路运输、楼宇自动化等领域都可以见到它的身影。
ARCNET常常嵌入到具体系统中,国外很多仪器设备都设有ARCNET网络接口标准。
目前全球已有大约1000万个ARCNET节点应用于工业控制领域中[2]。
国内的应用也有一定发展,一些技术人员开始尝试用ARCNET网络构造实时控制系统,完成国外进口产品的升级换代。
但其发展还远远不够,为了更好地推广ARCNET技术,促进工业自动化的发展,本文从ARCNET的技术及应用等角度,加以介绍。
2 ARCNET工作机制ARCNET局域网采用了优化的令牌总线协议(IEEE802.4),除了具有令牌总线网的一般特点外,还具有如下特点:①网络中每个节点保存有下一个节点的逻辑地址,可以生成一个网络活动节点地址表。
②为了避免目的节点没有空闲缓冲区而引起信息的丢失,设置了空闲缓冲区查询帧,通过查询可以减少不必要的数据重传,提高了网络运行效率。
ARCNET是一个真正开放标准协议,1999年成为美国国家标准ANSI/ATA878.1。
从OSI 参考模型来看,它提供了网络的物理层和数据链路层服务,说明ARCNET能方便地在两个节点之间实现数据包的发送和接收。
2.1 逻辑环的建立在ARCNET网络中,每个节点均有一个唯一的MAC(Medium Access Control)地址,其取值范围为0~255,其中0是网络广播地址。
每个节点在系统初始化或重构时确定它在逻辑环中的下一个节点,并将下一个节点的ID值保存在各自专用的寄存器NID(Next ID)中,并按MAC地址从小到大的顺序构成一个逻辑环路。
ARCNET 阿克网Network(ARCNET)是一个基带、令牌传递的网络系统,它是具有灵活的星形和总线拓扑结构和传输速度为2.5Mbps的廉价网。
ARCNET在令牌总线网络拓扑结构中使用令牌传递协议,但它本身并不是IEEE标准。
ARCNET由Datapoint于1977年开发,并被特许给其它一些公司。
1981。
年,标准微系统公司(SMC)开发了第一个基于令牌传递协议的单片LAN控制器,1986年又推出了支持总线拓扑结构的新型芯片集,现在的大部分工业标准ARCNET配置是基于这种新型芯片集技术的。
典型的ARCNET配置如图A9所示。
虽然普遍认为ARCNET吞吐量较低,但是若使用有源Hub,它可以支持的电缆长度达2000英尺。
ARCNET适用于基于文本的应用以及用户很少访问文件服务器的办公环境。
新版本的ARCNET支持光纤和双绞线电缆。
由于它灵活的布线方案允许使用长干线,并能在同一局域网上采用星形配置,所以在更多地考虑价格而非速度因素时,ARCNET是一非常好的选择。
另外,ARCNET电缆与IBM 3270终端和IBM主机之间相连的电缆类型相同,所以在有些建筑中可能已经铺设了这种电缆。
ARCNET是一个非常强健的网络,并不象同轴电缆以太网只要电缆松了或没有连接就容易出错。
这部分是由于它的拓扑结构,部分是由于它较低的传输速率所造成的。
如果将工作站连接到Hub的电缆没有连接或断了,只有该工作站联网瘫痪而不是整个网络瘫痪。
令牌传递协议要求每个事务都被应答,所以实际上不会发生错误。
不过ARCNET的吞吐量较其它网络方案要小得多。
注意图A-9中工作站电缆布线的灵活性。
首先,ARCNET采用的是分布式星形拓扑结构,也就是说工作站连接到Hub,Hub也可以连接到其它Hub。
这种布局非常适用于多楼层办公方案,其中可以使用长干线连接不同楼层和部门,然而部门从有源或无源Hub可分枝用线连成星形配置。
这种用一根主干线连接一组工作站的性能节省了开支。
ARCNET(auxiliary resource computer network)是一种基于令牌传递协议的现场总线,其具有快速性,确定性,可扩展性和支持长距离传输等特点。
一:令牌网(token-ring)网络简介1环行局域网的结构1)环中继转发器,主要负责网段的连接,信息的复制,再生和转发,环监控等。
2)帧的撤出问题,MAC帧无止境的在环路中再生和转发3)专门的环监控器,监视和维护环路的工作4)RPU负责:网段的连接,信息的复制,再生和转发,环监控5)RPU故障,可导致网络瘫痪6)多路访问器MAU2令牌环网工作原理1)具有特定格式的令牌帧绕环行驶,将访问介质的权利从一个节点传递到物理连接的另一个节点2)希望发送信息的节点奖数据组成MAC帧,并仅在获得令牌后,才可进行发送动作3)每个节点均执行环内数据的再生和转发4)只有接收节点进行数据帧的复制和接收5)发送数据的节点在收到绕环一周后的帧后,撤出该帧并释放令牌二ARCNET令牌总线ARCNET定义了ISO/OSI七层网络体系模型中的数据链路层和物理层,其开放底层接口,允许用户自行开放嵌入式设备每个ARCNET物理节点包括一个数据链路层的通信控制芯片和一个物理层的收发器芯片1ARCNET物理层在物理层中,支持总线型,星形以及分布式星形拓扑结构,ARCnet 也可使用双绞线和光纤.ARCnet plus速率已从原来的2.5Mb/s增加到100Mb/s(使用光纤时).ARCnet传输单位也称为帧.帧结构如图所示.(ITT) 总是传递给它的后继工作站.(a )令牌帧(ITT)(b) FBE帧(c) ACK帧(d) NAK帧(e) PAC帧我国CRHZ动车组列车级网络也采用ARCNET网络,使用光纤作为传输总线,传输速率2.SMbPs,拓扑结构采用双环形网络。
基于FPGA 的ARCNET 网关设计摘要:为了实现列车中分散于各车辆中的设备的协调工作,列车通信网络在初期串行通信总线的基础上逐步发展起来的;为了解决列车上ARCNET 列车通信网络与主控制台的通信问题,ARCNET 网关的设计迫在眉睫,为此设计一款基于FPGA 的ARCNET 网关,采用altera 公司的Cyclone 芯片作为核心芯片,使用SOPC Builder 创建Nios II ,编写驱动极其初始化程序通过JTAG 下载到FPGA 芯片上完成协议转换的功能。
关键词:FPGA ,ARCNET ,COM20022,以太网1、概论现场可编程门阵列FPGA 芯片集成度高,体积小,具有通过用户编程是实现专门应用的功能。
使用FPGA 芯片可以大大缩短系统的研发周期,减小资金的投入。
另外,采用FPGA 芯片可以将原来的电路板极产品集成为芯片级产品,从而降低了功耗,提高了可靠性,同时还可以很方便的对设计进行修改【1】。
ARCNET (Auxiliary Resource Computer Network )是一种基于令牌传递(Token Passing )协议的现场总线。
最初是由美国Datapoint 公司在20世纪70年代末作为办公自动化网络发展起来的。
该现场总线具有速度快、确定性、可扩展性和支持长距离传输等特点,非常适合过程实时控制。
近年来被广泛应用在各种自动化领域,是一种理想的现场总线技术[2]。
2、网络接口硬件设计ARCNET 网络接口硬件设计包括2个部分,分别是设计能够实现操作系统运行的基本硬件电路和实现网络接口功能的协议控制器电路,其设计电路框架如图1所示。
FPGA EP1C6Q240JTAG,UART,AS 接口SDRAMHY57V281620A FLASH Am29LV160BDM9000A 以太网控制器Power LCD COM20022Arcnet 控制器图1 网络接口硬件设计图2.1 基本硬件电路设计基本硬件电路的基本功能是运行操作系统,是网络接口能够工作的核心,实现电源供应、电路复位、程序的FLASH存储与RAM 运行及JTAG 接口。
网络协议解析与设计现代社会中,网络已成为人们生活中不可或缺的一部分。
无论是日常生活还是工作学习,我们都离不开网络的支持。
而网络的运行离不开网络协议的支持,网络协议负责规定数据在网络中的传输方式和格式,以保证网络的正常运行。
本文将探讨网络协议的解析与设计。
一、网络协议的概念和作用网络协议是计算机网络中用于数据传输的一套规则和约定。
它定义了数据通信的格式、数据的编码方式以及数据传输的方式等。
它的作用主要有以下几点:1. 数据传输:网络协议规定了数据在网络中传输的方式和格式,确保数据能够准确、安全、高效地传输。
2. 数据编码和解码:网络协议定义了数据在网络中的编码方式,保证数据能够正确地被接收方解析。
3. 错误检测和纠正:网络协议能够检测数据传输过程中可能出现的错误,并通过一定的机制进行纠正,保证数据的完整性和准确性。
二、网络协议的层次结构为了更好地组织和管理网络协议,人们将其划分为不同的层次,每个层次负责不同的功能。
常见的网络协议层次结构有OSI七层模型和TCP/IP四层模型。
1. OSI七层模型:- 物理层:负责传输比特流,将电信号转换为比特流。
- 数据链路层:负责将比特流转换为数据帧,并检测和纠正传输错误。
- 网络层:负责将数据帧从源地址传输到目的地址。
- 传输层:负责建立、维护和终止网络连接,并提供可靠的数据传输服务。
- 会话层:负责建立、维护和终止网络会话。
- 表示层:负责数据的格式转换和加密解密。
- 应用层:负责向用户提供服务,如FTP、HTTP等。
2. TCP/IP四层模型:- 网络接口层(物理层和数据链路层的组合):负责将数据转换为比特流、建立和维护网络连接。
- 网络层:负责将数据从源地址传输到目的地址,实现路由功能。
- 传输层:负责建立、维护和终止网络连接,并提供可靠的数据传输服务,如TCP、UDP等。
- 应用层:负责向用户提供服务,如HTTP、DNS等。
三、网络协议解析与设计网络协议的解析与设计是指对现有的网络协议进行分析、理解并设计新的协议。
ARCNETARCNET是1977年由Datapoint公司开发的一种安装广泛的局域网(LAN)技术,它采用令牌总线(token-bus)方案来管理LAN上工作站和其他设备之间的共享线路,其中,LAN服务器总是在一条总线上连续循环的发送一个空信息帧。
当有设备要发送报文时,它就在空帧中插入一个“令牌”以及相应的报文。
当目标设备或LAN服务器接收到该报文后,就将“令牌”重新设置为0,以便该帧可被其他设备重复使用。
这种方案是十分有效的,特别是在网络负荷大的时候,它为网络中的各个设备提供平等使用网络资源的机会。
ARCNET可采用同轴电缆或光缆线。
ARCNET为4项主要的LAN技术之一,其他三项为Ethernet,token ring和FDDI。
同时,ARCNET也是现在的工业控制中的通讯方法之一。
其他的通讯还有PROFIBU DP,CANOPEN,DEVICENET,ETHERNET 等一系列的通讯手段。
令牌总线目录1简介2令牌总线的工作原理3令牌环网的工作原理1简介令牌总线(Token Bus),是一个使用令牌通过接入到一个总线拓扑的局域网架构。
令牌总线被IEEE 802.4工作组标准化。
2令牌总线的工作原理令牌总线是一种在总线拓扑结构中利用“令牌”(token)作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。
在采用令牌总线方法的局域网中,任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。
与CSMA/CD方法相比,令牌总线方法比较复杂,需要完成大量的环维护工作,包括环初始化、新结点加入环、结点从环中撤出、环恢复和优先级服务。
令牌总线的工作原理如下图所示:3令牌环网的工作原理最有影响的令牌环网是IBM公司的T oken Ring,IEEE802.5标准就是在IBM公司的T oken Ring协议的基础上发展和形成的。
在T oken Ring中,结点通过环接口连接成物理环形。
令牌是一种特殊的MAC控制帧,帧中有一位标志令牌忙/闲。
ARCNET局域网(LAN)技术ARCNET是一种安装广泛的局域网(LAN)技术,它采用令牌总线(token-bus)方案来管理LAN上工作站和其他设备乊间的共享线路,其中,LAN服务器总是在一条总线上连续循环的发送一个空信息帧。
当有设备要发送报文时,它就在空帧中插入一个“令牌”以及相应的报文。
当目标设备或LAN服务器接收到该报文后,就将“令牌”重新设置为0,以便该帧可被其他设备重复使用。
这种方案是十分有效的,特别是在网络负荷大的时候,它为网络中的各个设备提供平等使用网络资源的机会。
ARCNET可采用同轴电缆或光缆线。
ARCNET为4项主要的LAN技术乊一,其他三项为Ethernet(以太网),token ring(令牌环网)和FDDI。
网桥- 简介网桥(Bridge),是一种在链路层实现中继,常用于连接两个或更多个局域网的网络互连设备。
工作于网络的数据链路层。
用于连接两个或两个以上具有相同通信协议、传输介质及寻址结构的局域网。
网桥的工作过程是先接收帧并送到数据链路层迚行差错校验,然后送到物理层再经物理传输介质送到另一个子网。
网桥(Bridge),用于连接两个或两个以上具有相同通信协议、传输介质及寻址结构的局域网。
网桥的工作过程是先接收帧并送到数据链路层迚行差错校验,然后送到物理层再经物理传输介质送到另一个子网。
所以网桥应该满足:对帧的内容和格式不做修改;内部可采用另外一种协议转发数据;有足够的缓冲空间,以便能满足高峰负荷时的要求;必须具备寻址和路由选择的功能。
网桥工作在数据链路层,将两个LAN连起来,根据MAC地址来转发帧,可以看作一个“低层的路由器”(路由器工作在网络层,根据网络地址如IP地址迚行转发)。
进程网桥通过一个通常较慢的链路(如电话线)连接两个进程LAN,对本地网桥而言,性能比较重要,而对进程网桥而言,在长距离上可正常运行是更重要的。
网桥与路由器比较网桥并不了解其转发帧中高层协议的信息,这使它可以同时以同种方式处理IP、IPX等协议,它还提供了将无路由协议的网络(如NetBEUI)分段的功能。
ARCnetARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍具有较大的使用范围,并作为Netware LAN的敷缆系统.ARCnet使用RG-62同轴电缆,而这种电缆刚好与IBM3270 终端和IBM主机相连的电缆相同,所以这种网络在大量IBM机的使用基地得到广泛应用. ARCnet现在也可使用双绞线和光纤.新型的ARCnet plus速率已从原来的2.5Mb/s增加到100Mb/s(使用光纤时).这种网络使用的媒体访问法为令牌总线.ARCnet使用的媒体有同轴电缆和双绞线,它对双绞线要求较低,电话线中多余的双绞线便可作此用途,因为ARCnet仅需要一对线,而且数据速率较低.然而,最好不要使用这种方式,因为当你要升级到也使用双绞线的其它技术时会产生问题一、ARCnet 的构件在构造ARCnet网络时,所用关键硬件设备有两种:其一是有源Hub,其二是无源Hub.所谓有源Hub是指一种设备,可对网络信号进行分裂信号加以分裂.它无放大功能,不需要电源,只是将信号加以分裂.正因为无放大功能,无源Hub的电缆长度远不如有源Hub.这是ARCnet 网络构成时的主要构件.除Hub外,第二种构件是ARCnet网卡,通常能以同轴电缆和双绞线两种方式之一进行工作.当同轴电缆卡要联接到双绞线网络时,必须使用一种称作banlun的设备,这是一种小型设备,可将同轴电缆联接器转换为双绞线联接器.第三种构件是93Ω的终结器。
使用同轴电缆时,任何不用的无源Hub端口或电缆都要用终端器终接;使用双绞线时,终接器插入位于电缆末端的网卡上.二、ARCnet 的网络结构ARCnet布缆方式有两种:一种是总线型,另一种是星型总线型.下面分别介绍这两种类型的ARCnet.1.总线结构总线结构与Ethernet细缆方式相类似,如图1所示.ARCnet总线最大长度为305m,可联接的设备最多8个.设备与总线的联接通过T型联接器,该联接器的顶部与电缆相连,底部与网卡相连.电缆两端必须用93Ω的电阻终结.以上是使用同轴电缆的情况,如果使用双绞线,上述规定会有一定变化.在这种情况下使用菊链结构,即适合双绞线媒体的网卡有两个端口:一个用于连接服务器,另一个用于连接下一个PC机.如此级链时最多可连接10个PC机,双绞线最大距离不超过122m(400英尺).第一个网卡和第二个网卡都必须用93Ω终接器终接.2.星形总线结构这种物理布线是以Hub为中心,形成一种多星形互连在一起的结构,如图2所示.这种结构之所以称为总线是由于所有工作站共享公共电缆.这种结构可使用电缆,也可使用双绞线.在使用电缆时,星形总线通过使用Hub分裂信号来形成.Hub可以是有源的,也可以是无源的.如果使用有源Hub,有源电缆变插入其端口之一,其余的端口连接工作站.工作站与有源Hub的最大距离为610m(2000英尺).当使用双绞线时,需要使用有源Hub,Hub与文件服务器相连,工作站也与其直接相连.在这种方式下,服务器或工作站与有源Hub之间的距离最大可为1220m(4000英尺).网卡上不用的端口必须用93Ω的终接器短接.三、ARCnet布线规则ARCnet可以多种方式配置,因此,这里只能给出典型使用情况下的方法.由于使用双绞线和同轴电缆有不同的规范,因此布线规则将分别加以说明.然而,不管使用那种媒体,ARCnet 应遵循下述通用规则:①有源Hub可以连接到其它有源Hub或无源Hub,也可连接到工作站.②无源Hub可连接到有源Hub和工作站,但不能直接连接到其它无源Hub.③在ARCnet中不能形成环路.所谓环路是指一根电缆出自某一Hub,经其它Hub,最后又连回到起始Hub.④必须对无源Hub不使用的端口进行终接.1.ARCnet同轴电缆总线设计规则ARCnet使用总线结构时,在305m(1000英尺)的最大距离上使用RG-62型电缆最多可级连8个工作站.在总线结构下,使用T型连接器连接工作站,一个总线段必须用93Ω的终接器在两端加以终接.ARCnet同轴电缆可与有源Hub提供的星型结构相结合.在这种情况下,总线一端连接到有源Hub上.一个8端口的有源Hub可连接的工作站总数为8X8=64.?如果要连接两个有源Hub,每个有源Hub的一个端口可用来连接有源Hub,?那么每个有源Hub?可支持56个工作站,两个有源Hub则可支持112个工作站.表1为同轴电缆总线的配置规范.表1 ARCnet同轴电缆规范2.ARCnet双绞线总线设计规则首先指出,使用双绞线在功能和逻辑上都有等价于同轴电缆总线.用于双绞线的网板备有两个6插针的模块化插座,用来菊链ARCnet网板,最大可菊链10个工作站,长度不超过122m(400英尺).工作站之间的最小间隔为1.8m(6英尺).双绞线结构可与有源Hub提供的星型拓扑结构组合,将总线的一端连接到有源Hub便可进行这种组合.表2示出了ARCnet双绞线规范.表2 ARCnet双绞线规范四、ARCnet的操作ARCnet LAN 的站传输像总线型LAN一样是广播式的,但对总线的访问决定于令牌.为说明这种网络的操作机制,假定在一条总线上有4个节点,其地址分别为1,10,25和255.在启动网络时,这四个工作站形成一个逻辑环.每个站都跟踪两个信息:·谁是后继者;·谁是前驱者.这两种信息分别由字母S(后继者)和P(先驱者)代表.一个工作站的后继者定义为逻辑环上具有较高地址的站;先驱者则定义为逻辑环上具有较低地址的站.在ARCnet中,站地址0用于广播地址,因此最小站地址为1,最大站地址为255.在构成逻辑环时规定,工作站地址为255的后继站地址为1,站地址为1的前驱站地址为255.工作站前驱者和后继者的地址如表3所示.表3 工作站的前驱站和后继站地址1.ARCnet 帧结构像Ethernet一样,ARCnet传输单位也称为帧.帧结构如图3所示.图3(a)所示为邀请发送(ITT)令牌帧总是传递给它的后继工作站.(a) ITT帧(b) FBE帧ALERTENQDIDDID(c) ACK帧ACK(d) NAK帧ALERTNAK(e) PAC帧ALERTSOHSIDDIDDIDCPDA TACRCCRCARCnet帧不管是哪种帧,都由ALERT引导,类似于Ethernet中使用的前导码(见本刊今年第3期的局域网技术系列文章3).ALERT由6比特间隔的传号(1)组成.传号(1)由正脉冲后跟负脉冲组成的双脉冲表示.空号(0)由无脉冲表示.EOT是ASCII码中的传输结束控制符(04hex).后跟的两个字节都是DID(终点标识符),即后继工作站的信息.重复使用DID的目的是增加可靠性.图3(b)是空闲缓冲器询问(FBE)帧.ENQ是ASCII字符集中的询问字符(05hex).它后跟的两个字节DID是想通过询问了解空闲缓冲器状态的工作站标识.DID重复使用也是为提高寻找终点工作站的可靠性.ACK(确认)帧由ALERT和ACK组成.ALERT的构成前面已有叙述,ACK是ASCII 字符集中的确认字符(06hex).当响应FBE帧而发送ACK时,表示接收工作站具有可供使用的缓冲器空间.ACK帧所以没有DID字段,是因为这种帧是作为广播方式发送的。
arcnet网络协议解析设备设计篇一:ARCNET局域网的协议剖析和应用技术ARCNET局域网的协议剖析和应用技术1 引言ARCNET最初由美国Datapoint公司于1977年成功开发并用于办公局域网中,后来以太网以其更快的传输速率和大量的数据传输量使办公室网络的需求由ARCNET转向以太网。
而ARCNET时间的确定性,数据传输的可靠性和组网的灵活性,使其在工业实时控制系统中找到了新的应用途径―嵌入式控制系统的应用。
ARCNET广泛应用于实时控制的各个领域,诸如印刷、电力、船舶、铁路运输、楼宇自动化等领域都可以见到它的身影。
ARCNET常常嵌入到具体系统中,国外很多仪器设备都设有ARCNET网络接口标准。
目前全球已有大约1000万个ARCNET节点应用于工业控制领域中[2]。
国内的应用也有一定发展,一些技术人员开始尝试用ARCNET网络构造实时控制系统,完成国外进口产品的升级换代。
但其发展还远远不够,为了更好地推广ARCNET技术,促进工业自动化的发展,本文从ARCNET的技术及应用等角度,加以介绍。
2 ARCNET工作机制ARCNET局域网采用了优化的令牌总线协议(),除了具有令牌总线网的一般特点外,还具有如下特点:①网络中每个节点保存有下一个节点的逻辑地址,可以生成一个网络活动节点地址表。
②为了避免目的节点没有空闲缓冲区而引起信息的丢失,设置了空闲缓冲区查询帧,通过查询可以减少不必要的数据重传,提高了网络运行效率。
ARCNET是一个真正开放标准协议,1999年成为美国国家标准ANSI/。
从OSI参考模型来看,它提供了网络的物理层和数据链路层服务,说明ARCNET能方便地在两个节点之间实现数据包的发送和接收。
逻辑环的建立在ARCNET网络中,每个节点均有一个唯一的MAC(Medium Access Control)地址,其取值范围为0~255,其中0是网络广播地址。
每个节点在系统初始化或重构时确定它在逻辑环中的下一个节点,并将下一个节点的ID值保存在各自专用的寄存器NID(Next ID)中,并按MAC地址从小到大的顺序构成一个逻辑环路。
ARCNET局域网的协议剖析和应用技术
曾祝林;刘凤芳
【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】2002(19)6
【摘要】介绍了ARCNET的协议内容和工作机制,分析了ARCNET网络的性能并与几种流行总线网络进行了比较,并对其应用设计提供了指南.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】曾祝林;刘凤芳
【作者单位】美国科动控制公司上海代表处,上海,200041;上海电子信息职业技术学院,上海,200000
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.1
【相关文献】
1.三大局域网浅析——以太网令牌环 ARCnet [J], 刘波;李建松
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5.三大局域网略观──似太网、令牌环、ARCnet [J], 吕昕力
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
环形ARCNET网络系统的设计与实现的开题报告1. 研究背景和意义环形ARCNET网络系统是一种常见的局域网技术,具有高效率、可靠性和稳定性等优势,被广泛应用于工业自动化、智能控制、物联网等领域。
随着信息技术的逐步发展和应用需求的增加,环形ARCNET网络系统的设计和实现变得越来越重要。
2. 研究目的和内容本文旨在研究环形ARCNET网络系统的设计和实现,具体研究内容包括以下几个方面:(1)环形ARCNET网络系统的基本原理和结构;(2)环形ARCNET网络系统的硬件和软件设计;(3)环形ARCNET网络系统的性能测试和分析。
3. 研究方法和步骤在研究过程中,我们将采用以下方法和步骤:(1)文献综述:对环形ARCNET网络系统的相关理论、应用和发展现状进行深入的调研和分析,掌握国内外研究进展和最新动态。
(2)需求分析:通过对环形ARCNET网络系统使用场景和应用需求的分析,明确系统的功能和性能要求。
(3)系统设计:在对环形ARCNET网络系统的基本原理和结构进行深入研究的基础上,进行系统的硬件和软件设计,包括网络拓扑设计、通信协议设计、数据传输及处理等。
(4)系统实现:根据系统设计的结果,对环形ARCNET网络系统进行实现和调试,以确保系统功能的完善和性能的优化。
(5)性能测试和分析:通过对系统的性能测试和分析,评估环形ARCNET网络系统的性能优劣,为后续改进和应用提供参考。
4. 预期成果和意义通过本研究的开展,我们预期能够实现一套完整的环形ARCNET网络系统,具有良好的稳定性、可靠性和高效性,能够满足相应的应用需求。
这对于加强局域网技术的研究和应用,促进物联网、智能控制等新兴领域的发展,具有重要的科学意义和实践价值。
arcnet网络协议解析设备设计篇一:ARCNET局域网的协议剖析和应用技术ARCNET局域网的协议剖析和应用技术1 引言ARCNET最初由美国Datapoint公司于1977年成功开发并用于办公局域网中,后来以太网以其更快的传输速率和大量的数据传输量使办公室网络的需求由ARCNET转向以太网。
而ARCNET时间的确定性,数据传输的可靠性和组网的灵活性,使其在工业实时控制系统中找到了新的应用途径―嵌入式控制系统的应用。
ARCNET广泛应用于实时控制的各个领域,诸如印刷、电力、船舶、铁路运输、楼宇自动化等领域都可以见到它的身影。
ARCNET常常嵌入到具体系统中,国外很多仪器设备都设有ARCNET网络接口标准。
目前全球已有大约1000万个ARCNET节点应用于工业控制领域中[2]。
国内的应用也有一定发展,一些技术人员开始尝试用ARCNET网络构造实时控制系统,完成国外进口产品的升级换代。
但其发展还远远不够,为了更好地推广ARCNET技术,促进工业自动化的发展,本文从ARCNET的技术及应用等角度,加以介绍。
2 ARCNET工作机制ARCNET局域网采用了优化的令牌总线协议(),除了具有令牌总线网的一般特点外,还具有如下特点:①网络中每个节点保存有下一个节点的逻辑地址,可以生成一个网络活动节点地址表。
②为了避免目的节点没有空闲缓冲区而引起信息的丢失,设置了空闲缓冲区查询帧,通过查询可以减少不必要的数据重传,提高了网络运行效率。
ARCNET是一个真正开放标准协议,1999年成为美国国家标准ANSI/。
从OSI参考模型来看,它提供了网络的物理层和数据链路层服务,说明ARCNET能方便地在两个节点之间实现数据包的发送和接收。
逻辑环的建立在ARCNET网络中,每个节点均有一个唯一的MAC(Medium Access Control)地址,其取值范围为0~255,其中0是网络广播地址。
每个节点在系统初始化或重构时确定它在逻辑环中的下一个节点,并将下一个节点的ID值保存在各自专用的寄存器NID(Next ID)中,并按MAC地址从小到大的顺序构成一个逻辑环路。
图1是一个典型的4个节点的逻辑环。
a 网络拓扑结构b 逻辑环图1 逻辑环的建立令牌作为一组独特的信号序列,沿着逻辑环从一个节点传向逻辑邻居(而非物理邻居),因而与节点在网络上的物理位置以及网络的拓扑结构无关。
节点的进网或退网当一个节点加电或840ms(速率下)没有收到令牌时,它即发出一个重构脉冲,使总线终止一切活动,造成令牌丢失,从而引发系统重构。
经过重构形成新的逻辑环,新节点也就加入网络中。
重构时间的多少取决于网上节点的多少和数据传输速率的大小,通常为20~30ms。
当一个节点由于故障或断电而退出网络时不需要进行整个逻辑环的重构,因为当逻辑环的上一个节点(存有退网节点的ID值)向它发送令牌时,不可能收到它的响应,因而令牌发送者将它的NID值加1,重发令牌,直到收到响应,即找到逻辑环中新的下一个节点为止(实际上新的下一个节点就是故障节点在原逻辑环的下一个节点),节点的退网也就完成。
根据现场实际情况,多数网络故障是节点故障,对于ARCNET网络,只需该节点退网,即可保证网络中其它节点正常工作。
由于节点退网无需网络重构,因而网络故障恢复时间很短。
网络中节点的增加或退出都是由网络自动完成,不需外界的介入。
数据的接收和发送ARCNET局域网的数据传输速率为~10Mbps,其用户数据的长度为0~507字节,有两种ARCNET数据帧模式,其中短帧模式用户数据的最大长度为253字节,长帧模式用户数据的最大长度为507字节,只要按一定的格式将用户数据写入协议控制器内置的2K RAM中,在数据发送时,协议控制器会自动将其组织到ARCNET的数据帧中。
传输数据在协议控制器内置的2K RAM中的存放格式如图2所示。
地址短帧模式长帧模式12...... SID DID 256-N 未用 DATA 1 DATA 2 . . DATAN-1255 DATA N 511 DATA N 0 1 2 3 . . . . . SID DID 0 512-N 未用 DATA 1 DATA 2 . DATA N-1N为用户数据的长度;SID为源节点地址;DID为目的节点地址;DID为0表示广播地址图2 传输数据在2K RAM中的存放格式在数据传送的过程中,一旦源节点CPU将待发的用户数据写入协议控制器的内部RAM,在该节点持有令牌时,相当于接收到令牌传送帧(ITT,Invitation to Tran***it,简称令牌),首先向目的节点发送一个空闲缓存查询帧(FBE,Free Buffer Enquiry),查询目的节点是否有足够的接收缓存,目的节点如有,则回答一个确认帧(ACK, Acknowle-dgement),否则回答一个否认帧(NAK, Negative Acknowledgement)。
源节点只有收到来自目的节点的ACK帧后才向其发送一个含有用户数据的数据帧(PAC, Packet)。
如果目的节点收到了数据,且通过了CRC校验,则回送一个ACK帧,告诉源节点数据接收成功,否则目的节点不回发任何信息,导致源节点超时,源节点认为数据发送失败,等下一次收到令牌时重发该数据帧,至此节点传输过程结束,令牌被传递给下一个节点。
图3是节点156向节点255发送数据包的具体过程。
a 等待令牌信号b 检查是否可发送c 可发送回答确认d 送出数据e 发送完成f 令牌传向下一个节点图3 数据的传送过程ARCNET支持广播消息。
广播消息发出后无需回送确认帧,通过消息广播一次可以将消息传送给网络上的所有节点,可见广播速度很快。
3 ARCNET局域网的性能分析安全机制ARCNET局域网通过下列几种途径确保数据的安全传输。
①数据发送前通过发送FBE帧对目的节点的接收准备进行确认。
②每个数据帧中都含有一个CRC-16的帧校验序列。
③一旦令牌丢失,将引发重构,自动重构网络。
④协议控制器提供强大的网络故障诊断功能。
此外,由于协议控制器内置2K RAM,可储存8页短帧模式的用户数据和4页长帧模式的用户数据。
即使节点CPU 不读取RAM中的数据,数据充满RAM也无关紧要,当RAM要溢出时,节点CPU在收到FBE帧时可回送NAK帧,使RAM不再接收数据,此时源节点将不再发送数据,将令牌传送给下一节点,因此,即使某一节点无法通信,整个网络也不会锁闭。
数据吞吐量和总开销由于ARCNET使用令牌传送机制来仲裁节点对网络的访问权,因而网络性能在时间上是可预测的或可确定的。
正是由于ARCNET的时间可确定性,使其在工业实时控制领域中的应用经久不衰。
反映局域网性能的一个重要参数就是“一个节点在能够发送信息之前必须等待的时间”,这个参数表示了各个节点每秒钟能发送的信息数,也就是网络的吞吐量。
在的数据传输速率下,ARCNET协议控制器执行简单的令牌传送约需μs(协议控制器响应时间μs+令牌码传送时间μs),因而令牌绕逻辑环一周的传递时间为×Nnodes(μs),Nnodes为网络中活动节点数,一个节点从接收到令牌到发送数据为止,共需μs的处理时间,传输每个字节需11个时钟周期,一个字节的传输时间为11×400ns=μs(速率为时,每个时钟周期为100ns)。
因此令牌绕逻辑环一周最坏篇二:基于FPGA的ARCNET网关设计基于FPGA的ARCNET网关设计摘要:为了实现列车中分散于各车辆中的设备的协调工作,列车通信网络在初期串行通信总线的基础上逐步发展起来的;为了解决列车上ARCNET列车通信网络与主控制台的通信问题,ARCNET网关的设计迫在眉睫,为此设计一款基于FPGA的ARCNET网关,采用altera公司的Cyclone芯片作为核心芯片,使用SOPC Builder创建Nios II,编写驱动极其初始化程序通过JTAG下载到FPGA芯片上完成协议转换的功能。
关键词:FPGA,ARCNET,COMXX2,以太网1、概论现场可编程门阵列FPGA芯片集成度高,体积小,具有通过用户编程是实现专门应用的功能。
使用FPGA芯片可以大大缩短系统的研发周期,减小资金的投入。
另外,采用FPGA 芯片可以将原来的电路板极产品集成为芯片级产品,从而降低了功耗,提高了可靠性,同时还可以很方便的对设计进行修改【1】。
ARCNET(Auxiliary Resource Computer Network)是一种基于令牌传递(Token Passing)协议的现场总线。
最初是由美国Datapoint公司在20世纪70年代末作为办公自动化网络发展起来的。
该现场总线具有速度快、确定性、可扩展性和支持长距离传输等特点,非常适合过程实时控制。
近年来被广泛应用在各种自动化领域,是一种理想的现场总线技术[2]。
2、网络接口硬件设计ARCNET网络接口硬件设计包括2个部分,分别是设计能够实现操作系统运行的基本硬件电路和实现网络接口功能的协议控制器电路,其设计电路框架如图1所示。
图1 网络接口硬件设计图基本硬件电路设计基本硬件电路的基本功能是运行操作系统,是网络接口能够工作的核心,实现电源供应、电路复位、程序的FLASH 存储与RAM运行及JTAG接口。
电源模块整个网络接口采用12 V变压供电。
由于FPGA芯片等芯片需要采用 V供电,其中FPGA核还需要供电,某些外围芯片需要采用5 V供电,所以12 V向5 V转换,采用LM1117实现5 V向 V转换,采用LM1117实现向转换。
JTAG和AS下载接口JTAG是一种嵌入式调试技术,它在芯片内部封装了专门的电路测试访问口(TAP),通过JTAG测试工具对内部节点进行测试[3]。
标准的JTAG接口是4线:TMS,TCK,TDI,TDO,分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入、测试数据输出。
JTAG还常用于系统编程ISP,如对FLASH器件进行编程等。
AS(Active Serial)是FPGA重要的配置方式,由FPGA器件引导配置操作过程,它控制着外部存储器和初始化过程。
配置数据通过DATA0引脚送入 FPGA。
配置数据被同步在DCLK输入上,1个时钟周期传送1位数据。
LCD显示模块LCD 液晶显示可以灵活显示各种数字文字,显示内容丰富,显示屏体积小、功耗低。
串行接口,外围驱动电路设计比较简单,显示能力的扩展不涉及到硬件电路的修改,可扩展性很强6。
本设计采用的是LCD1602模块,主要显示协议转换过程中出现的错误,以便工作人员能够简单明了的发现错误。
FLASH和SDRAM模块FLASH存储器是一种可在系统中进行电擦写,掉电后信息不丢失的存储器。
它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程或擦除等特点,并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作。