DE10241191A1 - Method for operating an end user of an isochronous, cyclical communication system - Google Patents

Method for operating an end user of an isochronous, cyclical communication system

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DE10241191A1
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Abstract

The invention relates to a method for operating an end-user (306) of an isochronous cyclical communication system (300), comprising the following steps: receipt of a synchronisation data telegramme (510) from a connecting user (303) in the communication system (300) by the end-user (306), whereby the synchronisation data telegramme is affected by the run time (T, T1, T2) of a transmission run between the connecting user and the end-user, synchronisation of a time base of the end-user (306) by means of the synchronisation data telegramme, resulting in a synchronisation of the time base with a tolerance corresponding to the run time, cyclical processing of a transmission list by the end user (306) within a communication cycle (500, 502) corresponding to the time base of the end user, whereby the transmission of a data telegramme (700) occurs according to the transmission list from the end user to the connecting user at the earliest at the beginning of the communication cycle (500, 502) and at the latest at a point equivalent to the tolerance (T) before the projected transfer time point of the relevant data telegramme by the communication user (303).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Endteilnehmers eines isochronen Kommunikationssystems sowie einen Endteilnehmer, einen Durchleiteteilnehmer und entsprechende Computerprogrammprodukte. The invention relates to a method for operating a End user of an isochronous communication system as well an end participant, a pass-through participant and corresponding computer program products.

Unter einem synchronen, getakteten Kommunikationssystem mit Äquidistanz-Eigenschaften versteht man ein System aus wenigstens zwei Teilnehmern, die über ein Datennetz zum Zweck des gegenseitigen Austausches von Daten bzw. der gegenseitigen Übertragung von Daten miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt der Datenaustausch zyklisch in äquidistanten Kommunikationszyklen, die durch den vom System verwendeten Kommunikationstakt vorgegeben werden. Under a synchronous, clocked communication system with A system understands equidistance properties at least two participants who are on a data network for the purpose of mutual exchange of data or the mutual Transmission of data are interconnected. there The data exchange takes place cyclically in equidistant Communication cycles by the used by the system Communication clock can be specified.

Ein äquidistanter deterministischer zyklischer Datenaustausch in Kommunikationssystemen basiert auf einer gemeinsamen Takt- bzw. Zeitbasis aller an der Kommunikation beteiligten Komponenten. Die Takt- bzw. Zeitbasis wird von einer ausgezeichneten Komponente (Taktschläger) zu den anderen Komponenten übertragen. Bei isochronem Realtime-Ethernet wird der Takt bzw. die Zeitbasis von einem Synchronisationsmaster durch das Senden von Synchronisationstelegrammen vorgegeben. An equidistant deterministic cyclic data exchange in communication systems is based on a common clock or time base of all involved in the communication Components. The clock or time base is from a excellent component (beater) to the other components transfer. With isochronous real-time Ethernet, the clock is or the time base from a synchronization master through the Sending of synchronization telegrams specified.

Teilnehmer sind beispielsweise zentrale Automatisierungsgeräte, Programmier-, Projektierungs- oder Bediengeräte, Peripheriegeräte wie z. B. Ein-/Ausgabe-Baugruppen, Antriebe, Aktoren, Sensoren, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Computer, oder Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen austauschen, insbesondere Daten von anderen Maschinen verarbeiten. Teilnehmer werden auch Netzwerkknoten oder Knoten genannt. Unter Kontrolleinheiten werden im folgenden Regler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden, aber auch beispielsweise Switches und/oder Switch-Controller. Als Datennetze werden beispielsweise Bussysteme wie z. B. Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI), etc., insbesondere aber auch isochrones Realtime Ethernet, verwendet. Participants are central, for example Automation devices, programming, project planning or operating devices, Peripherals such. B. input / output modules, drives, Actuators, sensors, programmable logic controllers (PLC) or other control units, computers, or machines that exchange electronic data with other machines, especially process data from other machines. Attendees are also called network nodes or nodes. Under Control units are described in the following controller or Control units of any kind understood, but also for example Switches and / or switch controllers. As data networks are for example bus systems such. B. Fieldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire or internal PC Bus systems (PCI), etc., but especially isochronous Realtime Ethernet, used.

Datennetze ermöglichen die Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern durch die Vernetzung, also Verbindung der einzelnen Teilnehmer untereinander. Kommunikation bedeutet dabei die Übertragung von Daten zwischen den Teilnehmern. Die zu übertragenden Daten werden dabei als Datentelegramme verschickt, d. h. die Daten werden zu mehreren Paketen zusammengepackt und in dieser Form über das Datennetz an den entsprechenden Empfänger gesendet. Man spricht deshalb auch von Datenpaketen. Der Begriff Übertragung von Daten wird dabei hier synonym zur oben erwähnten Übertragung von Datentelegrammen oder Datenpaketen verwendet. Data networks enable communication between several Participants through networking, i.e. connecting the individual participants among themselves. Communication means the transfer of data between participants. The too Transferring data are used as data telegrams sent, d. H. the data becomes several packages packed and in this form over the data network to the corresponding recipient sent. One therefore speaks of Data packets. The term data transfer is used here synonymous with the above-mentioned transmission of data telegrams or data packets used.

In verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise im Bereich Antriebstechnik, müssen bestimmte Daten zu bestimmten Zeiten bei den dafür bestimmten Teilnehmern eintreffen und von den Empfängern verarbeitet werden. Man spricht dabei von echtzeitkritischen Daten bzw. Datenverkehr, da ein nicht rechtzeitiges Eintreffen der Daten am Bestimmungsort zu unerwünschten Resultaten beim Teilnehmer führt, im Gegensatz zur nicht echtzeitkritischen, beispielsweise inter- bzw. intranetbasierten Datenkommunikation. Gemäß IEC 61491, EN 61491 SERCOS interface - Technische Kurzbeschreibung (http:/ / www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm) kann ein erfolgreicher echtzeitkritischer Datenverkehr der genannten Art in verteilten Automatisierungssystemen gewährleistet werden. In distributed automation systems, for example in Drive technology area, certain data must be certain Times arrive at the designated participants and processed by the recipients. One speaks of real-time critical data or data traffic, as a not timely arrival of the data at the destination leads to undesirable results for the participant, in contrast to not real-time critical, for example inter- or intranet-based data communication. According to IEC 61491, EN 61491 SERCOS interface - Brief technical description (http: / / www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm) can one successful real-time critical data traffic of the type mentioned can be guaranteed in distributed automation systems.

Automatisierungskomponenten (z. B. Steuerungen, Antriebe, . . .) verfügen heute im Allgemeinen über eine Schnittstelle zu einem zyklisch getakteten Kommunikationssystem. Eine Ablaufebene der Automatisierungskomponente (Fast-cycle) (z. B. Lageregelung in einer Steuerung, Drehmomentregelung eines Antriebs) ist auf den Kommunikationszyklus synchronisiert. Dadurch wird der Kommunikationstakt festgelegt. Andere, niederperformante Algorithmen (Slow-cycle) (z. B. Temperaturregelungen) der Automatisierungskomponente können ebenfalls nur über diesen Kommunikationstakt mit anderen Komponenten (z. B. Binärschalter für Lüfter, Pumpen, . . .) kommunizieren, obwohl ein langsamerer Zyklus ausreichend wäre. Durch Verwendung nur eines Kommunikationstaktes zur Übertragung von allen Informationen im System entstehen hohe Anforderungen an die Bandbreite der Übertragungsstrecke. Automation components (e.g. controls, drives, , , .) today generally have an interface a cyclically clocked communication system. A Execution level of the automation component (fast cycle) (e.g. Position control in a control system, torque control in a Drive) is synchronized to the communication cycle. This sets the communication clock. Other, low-performance algorithms (slow cycle) (e.g. Temperature controls) of the automation component can also only via this communication clock with other components (e.g. Binary switch for fans, pumps,. , .) communicate, though a slower cycle would be sufficient. By using only a communication clock for the transmission of all Information in the system creates high demands on the Bandwidth of the transmission link.

Für die Prozesssteuerung und -überwachung in der automatisierten Fertigung und insbesondere bei digitalen Antriebstechniken sind sehr schnelle und zuverlässige Kommunikationssysteme mit vorhersagbaren Reaktionszeiten erforderlich. For process control and monitoring in the automated manufacturing and especially digital Drive technologies are very fast and reliable Communication systems with predictable response times required.

In der deutschen Patentanmeldung DE 100 58 524.8 ist ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Daten über schaltbare Datennetze, insbesondere das Ethernet, offenbart, das einen Mischbetrieb von echtzeitkritischer und nichtechtzeitkritischer, insbesondere Inter- bzw. Intranet basierter Datenkommunikation erlaubt. In German patent application DE 100 58 524.8 there is a System and method for transmitting data over switchable data networks, in particular the Ethernet, discloses that a mixed operation of real-time critical and non-real-time critical, especially internet or intranet based Data communication allowed.

Dies ermöglicht sowohl eine echtzeitkritische (RT; Real-Time) als auch eine nicht echtzeitkritische Kommunikation (NRT; Non-Real-Time) in einem schaltbaren Datennetz, bestehend aus Teilnehmern und Koppeleinheiten, beispielsweise eines verteilten Automatisierungssystems, durch einen zyklischen Betrieb. This enables both real-time critical (RT; Real-Time) as well as non real-time critical communication (NRT; Non-Real-Time) in a switchable data network consisting of Participants and coupling units, for example one distributed automation system, through a cyclical Business.

In einem so genannten Übertragungszyklus existiert für alle Teilnehmer und Koppeleinheiten des schaltbaren Datennetzes jeweils wenigstens ein Bereich zur Übermittlung echtzeitkritischer und wenigstens ein Bereich zur Übermittlung nicht echtzeitkritischer Daten, wodurch die echtzeitkritische von der nicht echtzeitkritischen Kommunikation getrennt wird. Da alle Teilnehmer und Koppeleinheiten immer auf eine gemeinsame Zeitbasis synchronisiert sind, finden die jeweiligen Bereiche zur Übermittlung von Daten für alle Teilnehmer und Koppeleinheiten jeweils zum selben Zeitpunkt statt, d. h. die echtzeitkritische Kommunikation findet zeitlich unabhängig von der nicht echtzeitkritischen Kommunikation statt und wird deshalb nicht von dieser beeinflusst. In a so-called transmission cycle exists for everyone Participants and coupling units of the switchable data network at least one area for transmission real-time critical and at least one area for transmission is not real time critical data, making the real time critical of communication that is not real-time critical. There all participants and coupling units always on a common The respective areas are synchronized with the time base for the transmission of data for all participants and Coupling units take place at the same time, d. H. the Real-time critical communication takes place independently of communication that is not real-time-critical takes place therefore not influenced by this.

Die echtzeitkritische Kommunikation wird im Voraus geplant. Einspeisen der Datentelegramme beim originären Sender sowie deren Weiterleitung mittels der beteiligten Koppeleinheiten erfolgt zeitbasiert. Durch Zwischenspeicherung in den jeweiligen Koppeleinheiten wird erreicht, dass zu beliebiger Zeit auftretende, spontane, internetfähige, nicht echtzeitkritische Kommunikation in den für die nicht echtzeitkritische Kommunikation vorgesehenen Übertragungsbereich eines Übertragungszyklus verschoben und auch nur dort übertragen wird. Real-time critical communication is planned in advance. Feeding the data telegrams at the original transmitter as well their forwarding by means of the coupling units involved is time-based. By caching in the respective coupling units is achieved at any time occurring, spontaneous, internet-enabled, not Real-time critical communication in the for the not real-time critical Communication intended transmission area of a Transmission cycle postponed and is only transmitted there.

In dieser Anmeldung ist die Ausprägung eines prinzipiellen Aufbaus eines Übertragungszyklus, der in zwei Bereiche aufgeteilt ist, beispielhaft dargestellt. Ein Übertragungszyklus ist in einen ersten Bereich, der zur Übertragung echtzeitkritischer Daten vorgesehen ist, und einen zweiten Bereich, der zur Übertragung nicht echtzeitkritischer Daten vorgesehen ist, aufgeteilt. Die Länge des dargestellten Übertragungszyklus symbolisiert dessen zeitliche Dauer, dier vorteilhafterweise je nach Anwendungszweck beispielsweise zwischen einigen Mikrosekunden und einigen Sekunden liegt. In this application, the expression is a principle Establish a transmission cycle that is divided into two areas is divided, shown as an example. A transmission cycle is in a first area for transmission real-time critical data is provided, and a second area, the intended for the transmission of non-real-time critical data is divided. The length of the represented Transmission cycle symbolizes its duration, here advantageously depending on the application, for example between some Microseconds and a few seconds.

Die Zeitdauer eines Übertragungszyklus ist veränderbar, wird aber vor dem Zeitpunkt der Datenübertragung, beispielsweise durch einen Steuerungsrechner, wenigstens einmal festgelegt und ist für alle Teilnehmer und Koppeleinheiten des schaltbaren Datennetzes jeweils gleich lang. Die Zeitdauer eines Übertragungszyklus und/oder die Zeitdauer des ersten Bereichs, der zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten vorgesehen ist, kann jederzeit, beispielsweise zu vorher geplanten, festen Zeitpunkten und/oder nach einer geplanten Anzahl von Übertragungszyklen, vorteilhafterweise vor Beginn eines Übertragungszyklus verändert werden, indem der Steuerungsrechner beispielsweise auf andere geplante, echtzeitkritische Übertragungszyklen umschaltet. The duration of a transmission cycle is changeable but before the time of data transmission, for example determined by a control computer, at least once and is for all participants and coupling units of the switchable data network each of the same length. The duration of a Transmission cycle and / or the duration of the first Area used for the transmission of real-time critical data is provided at any time, for example beforehand planned, fixed times and / or after a planned number of transmission cycles, advantageously before the start of a Transmission cycle can be changed by the Control computers, for example, to other planned real-time critical ones Switches transmission cycles.

Darüber hinaus kann der Steuerungsrechner jederzeit im laufenden Betrieb eines Automatisierungssystems je nach Erfordernis Neuplanungen der Echtzeitkommunikation durchführen, wodurch die Zeitdauer des RT-Teilzyklus verändert werden kann. Die absolute Zeitdauer eines Übertragungszyklus bleibt im laufenden Betrieb konstant und ist ein Maß für den zeitlichen Anteil, bzw. die Bandbreite der nicht echtzeitkritischen Kommunikation während eines Übertragungszyklus, also die Zeit, die für die nicht echtzeitkritische Kommunikation zur Verfügung steht. In addition, the control computer can at any time in the ongoing operation of an automation system depending on Carry out rescheduling of real-time communication, which changes the duration of the RT sub-cycle can. The absolute duration of a transmission cycle remains constant during operation and is a measure of the temporal share, or the bandwidth of the non-real-time critical Communication during a transmission cycle, i.e. the Time required for communication that is not critical for real time Available.

So hat die nicht echtzeitkritische Kommunikation beispielsweise bei einer Zeitdauer der echtzeitkritischen Kommunikation von 350 µs und einem Übertragungszyklus von 500 µs eine Bandbreite von 30%, bei 10 ms eine Bandbreite von 97%. Im ersten Bereich, der zur Übertragung echtzeitkritischer Daten vorgesehen ist, ist vor dem Senden der eigentlichen echtzeitkritischen Datentelegramme eine gewisse Zeitdauer zum Senden von Datentelegrammen zur Organisation der Datenübertragung reserviert. So has the real-time critical communication for example with a time period of the real-time critical Communication of 350 µs and a transmission cycle of 500 µs one Bandwidth of 30%, at 10 ms a bandwidth of 97%. in the first area for the transmission of real-time critical data is provided is before sending the actual real-time critical data telegrams a certain amount of time to send of data telegrams for organizing data transmission reserved.

Die Datentelegramme zur Organisation der Datenübertragung enthalten beispielsweise Daten zur Zeitsynchronisation der Teilnehmer und Koppeleinheiten des Datennetzes und/oder Daten zur Topologieerkennung des Netzwerks. Nachdem diese Datentelegramme gesendet wurden, werden die echtzeitkritischen Datentelegramme gesendet. Da die Echtzeitkommunikation durch den zyklischen Betrieb im Voraus planbar ist, sind für alle zu übertragenden, echtzeitkritischen Datentelegramme die Sendezeitpunkte bzw. die Zeitpunkte für die Weiterleitung der echtzeitkritischen Datentelegramme vor Beginn der Datenübertragung bekannt, d. h. die Zeitdauer des Bereichs zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten ist automatisch durch die Zeitdauer des Bereichs zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten festgelegt. The data telegrams for organizing the data transmission contain data for time synchronization of the Participants and coupling units of the data network and / or data for topology detection of the network. After this Data telegrams were sent, the real-time critical Data telegrams sent. Because the real-time communication through cyclical operations can be planned in advance are for everyone to be transmitted, real-time critical data telegrams Sending times or the times for forwarding the real-time critical data telegrams before the start of the Data transmission known, d. H. the duration of the area at Transfer of non-real-time critical data is automatically by the duration of the area for transmission of real-time critical data set.

Vorteil dieser Anordnung ist, dass jeweils nur die notwendige Übertragungszeit für den echtzeitkritischen Datenverkehr verwendet wird und nach dessen Beendigung die restliche Zeit automatisch für die nicht echtzeitkritische Kommunikation, beispielsweise für die nicht planbare Internetkommunikation bzw. andere nicht echtzeitkritische Anwendungen zur Verfügung steht. The advantage of this arrangement is that only the necessary one Transmission time for real-time critical data traffic is used and the rest of the time after its completion automatically for non real-time critical communication, for example for unpredictable internet communication or other non real-time critical applications are available stands.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Zeitdauer des Bereichs zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten jeweils durch die verbindungsspezifisch zu übertragenden Daten bestimmt wird, d. h., die Zeitdauer der beiden Bereiche wird für jede einzelne Datenverbindung durch die jeweils notwendige Datenmenge der zu übertragenden echtzeitkritischen Daten bestimmt, wodurch die zeitliche Aufteilung der beiden Bereiche für jede einzelne Datenverbindung für jeden Übertragungszyklus verschieden sein kann. It is particularly advantageous that the duration of the area for the transmission of real-time critical data determines the connection-specific data to be transmitted will, d. that is, the duration of the two areas is for each individual data connection through the respectively necessary Data volume of the real-time critical data to be transmitted is determined, whereby the temporal division of the two areas for each single data connection for each transmission cycle can be different.

Es wird jeweils nur die notwendige Übertragungszeit für den echtzeitkritischen Datenverkehr verwendet und die restliche Zeit eines Übertragungszyklus steht automatisch für die nicht echtzeitkritische Kommunikation, beispielsweise für die nicht planbare Internetkommunikation bzw. andere nicht echtzeitkritische Anwendungen für alle Teilnehmer des schaltbaren Datennetzes zur Verfügung. Only the necessary transmission time for the real-time critical traffic used and the rest The time of a transmission cycle does not automatically stand for the real-time critical communication, for example for not predictable internet communication or other not real-time critical applications for all participants of the switchable Data network available.

Da die Echtzeitkommunikation im Voraus entsprechend so geplant ist, dass das Ankommen der echtzeitkritischen Datentelegramme in den entsprechenden Koppeleinheiten so geplant ist, dass die betrachteten, echtzeitkritischen Datentelegramme spätestens zum Weiterleitungszeitpunkt oder früher bei den entsprechenden Koppeleinheiten ankommen, können die echtzeitkritischen Datentelegramme ohne zeitlichen Zwischenraum gesendet bzw. weitergeleitet werden, so dass durch das dicht gepackte Senden, bzw. Weiterleiten, die zur Verfügung stehende Zeitdauer bestmöglich genutzt wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich bei Bedarf Sendepausen zwischen der Übertragung der einzelnen Datentelegramme einzubauen. Because the real-time communication in advance accordingly it is planned that the arrival of real-time critical Data telegrams planned in the corresponding coupling units is that the real-time critical Data telegrams at the latest at the time of forwarding or earlier at the corresponding coupling units arrive, the real-time critical data telegrams with no time gap are sent or forwarded so that through the tight packed sending, or forwarding, the available standing time is used in the best possible way. It goes without saying but it is also possible, if necessary, to pause between broadcasts Install the transmission of the individual data telegrams.

Die prinzipielle Arbeitsweise in einem geschalteten Netzwerk wird stellvertretend für ein beliebiges Netzwerk beispielhaft anhand von zwei Teilnehmern, beispielsweise einem Antrieb und einem Steuerrechner, mit jeweils integrierten Koppeleinheiten und einem weiteren Teilnehmer ohne Koppeleinheit, die durch Datenverbindungen miteinander verbunden sind, folgendermaßen erläutert. Die Koppeleinheiten besitzen jeweils lokale Speicher, die über interne Schnittstellen mit den Teilnehmern verbunden sind. The principle of operation in a switched network is representative of any network based on two participants, for example a drive and a control computer, each with integrated coupling units and another participant without a coupling unit, which by Data connections are interconnected as follows explained. The coupling units each have local ones Memory that has internal interfaces with the participants are connected.

Über die Schnittstellen tauschen die Teilnehmer Daten mit den entsprechenden Koppeleinheiten aus. Die lokalen Speicher sind innerhalb der Koppeleinheiten über die Datenverbindungen mit den Steuerwerken verbunden. Die Steuerwerke empfangen Daten bzw. leiten Daten weiter über die internen Datenverbindungen von bzw. zu den lokalen Speichern oder über eine oder mehrere der externen Ports. Durch Anwendung des Verfahrens der Zeitsynchronisation haben die Koppeleinheiten stets eine gemeinsame synchrone Zeitbasis. Hat ein Teilnehmer echtzeitkritische Daten, so werden diese zum vorausgeplanten Zeitpunkt während des Bereichs für die echtzeitkritische Kommunikation über die entsprechende Schnittstelle und den lokalen Speicher vom entsprechenden Steuerwerk abgeholt und von dort über den vorgesehenen externen Port zur nächsten verbundenen Koppeleinheit gesendet. The participants exchange data with the corresponding coupling units. The local stores are within the coupling units via the data connections connected to the control units. The control units receive data or forward data via the internal data connections from or to the local stores or via one or more of the external ports. By using the procedure of The coupling units always have time synchronization common synchronous time base. Has a participant Real-time critical data, this becomes the time planned in advance during the real-time critical communication area via the corresponding interface and the local memory picked up from the corresponding control unit and from there via the provided external port to the next connected Coupling unit sent.

Sendet ein anderer Teilnehmer zur gleichen Zeit, also während der echtzeitkritischen Kommunikation, nicht echtzeitkritische Daten, beispielsweise für eine Internetabfrage, so werden diese vom Steuerwerk über den externen Port empfangen und über eine interne Verbindung an den lokalen Speicher weitergeleitet und dort zwischengespeichert. Von dort werden sie erst im Bereich für die nicht echtzeitkritische Kommunikation wieder abgeholt und an den Empfänger weitergeleitet, d. h. sie werden in den zweiten Bereich des Übertragungszyklus, der für die spontane, nicht echtzeitkritische Kommunikation vorbehalten ist, verschoben, wodurch Störungen der Echtzeitkommunikation ausgeschlossen werden. Another participant is transmitting at the same time, i.e. during real-time critical communication, not real-time critical Data, for example for an Internet query, will be so receive them from the control unit via the external port and via an internal connection to the local storage forwarded and cached there. From there they will only in the area for non-real-time critical communication picked up again and forwarded to the recipient, d. H. they are in the second area of the transmission cycle, the for spontaneous, not real-time critical communication is reserved, postponed, causing interference to the Real-time communication can be excluded.

Für den Fall, dass nicht alle zwischengespeicherten, nicht echtzeitkritischen Daten während des, für die Übertragung der nicht echtzeitkritischen Daten vorgesehenen Bereichs eines Übertragungszyklus übertragen werden können, werden sie im lokalen Speicher der entsprechenden Koppeleinheit solange zwischengespeichert, bis sie während eines, für die Übertragung der nicht echtzeitkritischen Daten vorgesehenen Bereichs eines späteren Übertragungszyklus übertragen werden können, wodurch Störungen der Echtzeitkommunikation in jedem Fall ausgeschlossen werden. In the event that not all cached, not real time critical data during the, for the transmission of the area of a non-real-time critical data Transmission cycle can be transmitted, they are in the local memory of the corresponding coupling unit cached until during one for which Transmission of the area not intended for real-time critical data a later transmission cycle can be transmitted, thereby disrupting real-time communication in any case be excluded.

Die echtzeitkritischen Datentelegramme, die über entsprechende Datenverbindungen über die externen Ports beim Steuerwerk der zugehörigen Koppeleinheit eintreffen, werden unmittelbar über die entsprechenden externen Ports weitergeleitet. Dies ist möglich, da die Echtzeitkommunikation im Voraus geplant ist und deshalb für alle zu übertragenden, echtzeitkritischen Datentelegramme Sende- und Empfangszeitpunkt, alle jeweils beteiligten Koppeleinheiten sowie alle Zeitpunkte für die Weiterleitung und alle Empfänger der echtzeitkritischen Datentelegramme bekannt sind. The real-time critical data telegrams, which Corresponding data connections via the external ports at the control unit the associated coupling unit arrive immediately forwarded via the corresponding external ports. This is possible because real-time communication is planned in advance is and therefore for all real-time critical to be transmitted Data telegrams send and receive time, all in each case involved coupling units as well as all times for the Forwarding and all recipients of the real-time critical Data telegrams are known.

Durch die im Voraus erfolgte Planung der Echtzeitkommunikation ist auch sichergestellt, dass es auf den Datenverbindungen zu keinen Datenkollisionen kommt. Die Weiterleitungszeitpunkte aller echtzeitkritischen Datenpakete von den jeweils beteiligten Koppeleinheiten sind ebenfalls vorher geplant und damit eindeutig festgelegt. Das Ankommen der echtzeitkritischen Datentelegramme ist deshalb so geplant, dass die betrachteten, echtzeitkritischen Datentelegramme spätestens zum Weiterleitungszeitpunkt oder früher im Steuerwerk der entsprechenden Koppeleinheit ankommen. Damit ist das Problem von Zeitunschärfen, die sich insbesondere bei langen Übertragungsketten bemerkbar machen, eliminiert. By planning the Real-time communication also ensures that there is data connection there are no data collisions. The Forwarding times of all real-time-critical data packets from the respective Coupling units involved are also planned in advance and thus clearly defined. The arrival of the real-time critical data telegrams is therefore planned so that the considered, real-time critical data telegrams no later than Forwarding time or earlier in the control unit of the corresponding coupling unit arrive. So that's the problem of Time blurring, especially in long Make transmission chains noticeable, eliminated.

Mit dem in der deutschen Patentanmeldung DE 100 58 524.8 beschriebenen Verfahren ist es möglich, Ethernet-basierte Kommunikationsnetze, insbesondere isochrone Ethernet-basierte Kommunikationsnetze, aufzubauen,

  • - deren Knoten im Submikrosekundenbereich synchron arbeiten und
  • - die zyklische Kommunikation exakt zu den geplanten Zeitpunkten ausführen (isochrone Echtzeitkommunikation), unabhängig von beliebiger sonstiger, spontaner Kommunikation (NRT-Kommunikation oder Non-Realtime-Kommunikation) auf bzw. in diesem Netz.
With the method described in German patent application DE 100 58 524.8, it is possible to set up Ethernet-based communication networks, in particular isochronous Ethernet-based communication networks,
  • - whose nodes work synchronously in the submicrosecond range and
  • - Execute cyclic communication exactly at the planned times (isochronous real-time communication), regardless of any other spontaneous communication (NRT communication or non-real-time communication) on or in this network.

Alle Teilnehmer an der isochronen Echtzeitkommunikation müssen aber auf spezieller Kommunikations-Hardware basieren, um

  • - die Zeitsynchronität zu erzielen und
  • - Telegramme exakt zum geplanten Zeitpunkt abzusenden.
However, all participants in isochronous real-time communication must be based on special communication hardware
  • - achieve time synchronization and
  • - Send telegrams exactly at the planned time.

Eine Einbindung von Teilnehmern mit existierender Ethernet- Anschaltung, die diese speziellen Hardwarevorkehrungen nicht haben, in die isochrone Echtzeitkommunikation, im Folgenden IRT-Kommunikation genannt, ist im Stand der Technik nicht möglich. Integration of participants with existing Ethernet Interface that these special hardware precautions do not have, in isochronous real-time communication, below IRT communication is not mentioned in the prior art possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Endteilnehmers eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems zu schaffen, welches die Anschaltung eines Endteilnehmers an ein solches Kommunikationssystem ermöglicht, der eine solche spezielle Hardwareunterstützung nicht hat. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Endteilnehmer, Durchleiteteilnehmer und Computerprogrammprodukte zu schaffen. The invention is therefore based on the object improved method for operating an end user of a to create isochronous, cyclical communication system, which the connection of an end user to such Communication system enables such a special Hardware support does not have. Furthermore, the invention is the Based on the task, a corresponding end participant, Create pass-through participants and computer program products.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. The objects underlying the invention are each solved with the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention result from the dependent claims.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass die Latenzzeit zwischen dem Eintreffen eines Datentelegramms an einen Teilnehmer, z. B. einem Ethernet-Teilnehmer, bis zum Auslösen eines entsprechenden Interrupts konstant und ermittelbar ist, wenn der Empfangspuffer leer ist, d. h. wenn in dem Empfangspfad des Endteilnehmers keine Telegramme gespeichert sind. Ein solcher leerer Empfangspfad wird im Weiteren als leere Anschaltung bezeichnet. The starting point of the present invention is the knowledge that that the latency between the arrival of a Data telegram to a participant, e.g. B. an Ethernet subscriber, until a corresponding interrupt is triggered and can be determined when the receive buffer is empty, i. H. if no telegrams in the receiving path of the end user are saved. Such an empty reception path is in the Also referred to as an empty interface.

Um eine näherungsweise Synchronisation des Endteilnehmers mit der Zeitbasis des isochronen, zyklischen Kommunikationssystems zu erreichen, empfängt der Endteilnehmer von einem unmittelbar benachbarten Durchleiteteilnehmer in verschiedenen Kommunikationszyklen Synchronisationsdatentelegramme. Solche Synchronisationsdatentelegramme werden innerhalb des isochronen, zyklischen Kommunikationssystems zur Synchronisierung der Zeitbasen der einzelnen Teilnehmer des Kommunikationssystems verwendet. Wegen der fehlenden Hardwareunterstützung in dem Endteilnehmer ist eine genaue Synchronisation, wie diese bei den Teilnehmern des isochronen Kommunikationssystems erfolgt, nicht möglich. Die Synchronisation der Zeitbasis in dem Endteilnehmer erfolgt vielmehr mit einer Toleranz, die sich aus der Gesamt-Übertragungszeit zwischen dem Durchleiteteilnehmer und dem Endteilnehmer ergibt. To approximately synchronize the end user with the time base of the isochronous, cyclical To reach the communication system, the end user receives from one immediately neighboring transit participants in different Communication cycles synchronization data telegrams. Such Synchronization data telegrams are within the isochronous, cyclic communication system for synchronization the time bases of the individual participants of the Communication system used. Because of the lack of hardware support in the end user is an exact synchronization like this among the participants in the isochronous communication system done, not possible. The synchronization of the time base in the end participant is rather with a tolerance that derive from the total transmission time between the Pass-through subscriber and the end subscriber results.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt der Endteilnehmer über einen Empfangspuffer. Wenn der Empfangspuffer maximal gefüllt ist, benötigt der Endteilnehmer zur Leerung des Empfangspuffers eine maximale Entleerzeit. Bei Vorhandensein eines Empfangspuffers in dem Endteilnehmer ist die Gesamt-Übertragungszeit eines Synchronisationsdatentelegramms also nur dann determiniert, wenn der Empfangspuffer des Endteilnehmers beim Empfang des Synchronisationsdatentelegramms leer ist. According to a preferred embodiment of the invention the end user via a receive buffer. If the Receive buffer is full, the end user needs a maximum emptying time for emptying the reception buffer. In the presence of a receive buffer in the end user is the total transmission time of one Synchronization data telegram is only determined if the Receiving buffer of the end user when receiving the Synchronization data telegram is empty.

Deshalb erfolgt die Sendung eines solchen Synchronisationsdatentelegramms in dieser Ausführungsform durch den Durchleiteteilnehmer frühestens erst nach einer Sendepause nach Beginn des Kommunikationszyklus, wobei die Sendepause der maximalen Entleerzeit entspricht. Aufgrund dessen ist sichergestellt, dass ein von dem Durchleiteteilnehmer an den Endteilnehmer abgesendetes Synchronisationsdatentelegramm auf einen leeren Empfangspuffer des Endteilnehmers trifft, und somit die Gesamt-Übertragungszeit unabhängig von der Länge eines zuvor von dem Endteilnehmer empfangenen Datentelegramms ist. That is why it is broadcast Synchronization data telegram in this embodiment by the Forwarding participants at the earliest after a transmission break after the start the communication cycle, the transmission pause of the maximum Emptying time. This ensures that one from the pass-through subscriber to the end subscriber sent synchronization data telegram to an empty one Receiving buffer of the end user hits, and thus the Total transmission time regardless of the length of one previously data telegram received from the end user.

Damit die Einspeisung eines Datentelegramms von dem Endteilnehmer mit der ungenau synchronisierten Zeitbasis in das isochrone, zyklische Kommunikationssystem erfolgen kann, erfolgt erfindungsgemäß die Sendung eines solchen Datentelegramms von dem Endteilnehmer an dessen benachbarten Durchleiteteilnehmer immer frühestens zu Beginn des Kommunikationszyklus und spätestens um die Toleranzzeit der Synchronisation der Zeitbasis des Endteilnehmers vor dem Weiterleitungszeitpunkt des Durchleiteteilnehmers. Aufgrund der Sendung des Datentelegramms zu einem Zeitpunkt, der zumindest um die Toleranzzeit vor dem Weiterleitungszeitpunkt liegt, ist sichergestellt, dass der Durchleiteteilnehmer das Datentelegramm von dem Endteilnehmer spätestens zu einem Zeitpunkt empfängt, der eine Weiterleitung des Datentelegramms gemäß des projektierten Weiterleitungszeitpunkts ermöglicht. So that the feed of a data telegram from the End participant with the inaccurately synchronized time base in the Isochronous, cyclical communication system can take place according to the invention the transmission of such a data telegram from the end participant at its neighboring pass-through participant at the earliest at the beginning of the communication cycle and at the latest by the tolerance time of the synchronization of the time base of the end participant before the forwarding time of the By Leite participant. Due to the transmission of the data telegram a point in time at least before the tolerance period Forwarding time, it is ensured that the Passes the data telegram from the end participant at the latest at a time that receives a Forwarding of the data telegram according to the configured Forwarding time enabled.

Zusammenfassend handelt es sich bei der offenbarten Erfindung um ein System und Verfahren zur Echtzeitkommunikation in Kommunikationssystemen mit Teilnehmern ohne HW-Unterstützung für Echtzeitfähigkeit und Teilnehmern mit HW-Unterstützung für Echtzeitfähigkeit, wobei

  • - die Laufzeit, insbesondere die konstante Laufzeit eines Telegramms von einem zweiten Teilnehmer zu einem ersten Teilnehmer zur Zeitsynchronisation des ersten Teilnehmers mit allen anderen Teilnehmern verwendet wird,
  • - die Laufzeit, insbesondere die konstante Laufzeit eines solchen Telegramms durch eine vorangehende Sendepause garantiert wird,
  • - durch einen Empfangspuffer beim zweiten Teilnehmer der erste Teilnehmer Echtzeit-Telegramme zeitlich unpräzise senden kann und erst das Weiterleiten aus diesem Empfangspuffer mit hoher Zeitgenauigkeit erfolgen muss,
  • - der Empfangspuffer beim zweiten Teilnehmer mehrere Telegramme des ersten Teilnehmers puffern kann.
In summary, the disclosed invention is a system and method for real-time communication in communication systems with participants without HW support for real-time capability and participants with HW support for real-time capability, wherein
  • the transit time, in particular the constant transit time of a telegram from a second subscriber to a first subscriber is used for time synchronization of the first subscriber with all other subscribers,
  • the transit time, in particular the constant transit time of such a telegram, is guaranteed by a preceding pause in transmission,
  • the first subscriber can send real-time telegrams with imprecise timing by means of a receive buffer at the second subscriber and the forwarding from this receive buffer must first take place with high time accuracy,
  • - The receive buffer at the second participant can buffer several telegrams from the first participant.

Von besonderem Vorteil ist es darüber hinaus, dass die offenbarten Verfahren in Automatisierungssystemen, insbesondere bei und in Verpackungsmaschinen, Pressen, Kunststoffspritzmaschinen, Textilmaschinen, Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen, Roboter, Handlingsystemen, Holzverarbeitungsmaschinen, Glasverarbeitungsmaschinen, Keramikverarbeitungsmaschinen sowie Hebezeugen eingesetzt bzw. verwendet werden können. It is also of particular advantage that the disclosed methods in automation systems, in particular in and in packaging machines, presses, Plastic injection machines, textile machines, printing machines, machine tools, Robots, handling systems, woodworking machines, Glass processing machines, ceramic processing machines as well Hoists can be used or used.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred exemplary embodiments of the Invention explained with reference to the drawings. It demonstrate:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Synchronisation der Zeitbasis eines Endteilnehmers ohne Hardwareunterstützung, Fig. 1 shows an embodiment of an inventive method for the synchronization of the time base of an end user without hardware support,

Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Versendung von Datentelegrammen von dem Endteilnehmer mit der ungenau synchronisierten Zeitbasis, Fig. 2 is a flowchart for transmission of data messages from the end user with inaccurate synchronized time base,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, Fig. 3 shows an embodiment of a communication system according to the invention,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur Zeitsynchronisation und Laufzeitbestimmung, Fig. 4 is a schematic diagram for time synchronization and delay time determination,

Fig. 5 eine Darstellung zur Verdeutlichung der notwendigen Sendepause bei dem Durchleiteteilnehmer, Fig. 5 is a drawing to show the necessary transmission pause in which connecting user,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung der Zwischenpufferung im Eingangs-Puffer des Durchleiteteilnehmers, Fig. 6 is a schematic representation of the buffering in the input buffer of the through Leite subscriber,

Fig. 7 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Sende- und Empfangszeitpunkte. Fig. 7 is a diagram illustrating the transmission and reception time points.

Die Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Synchronisation der Zeitbasis eines Endteilnehmers. Von einem Durchleiteteilnehmer, der zu dem Endteilnehmer unmittelbar benachbart ist, und der sich in der Echtzeit-Domain eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems befindet, wird im Schritt 100 ein Synchronisationsdatentelegramm an den Endteilnehmer gesendet, wobei zu dem Sendezeitpunkt oder zumindest bei dem vorher bestimmbaren Empfangszeitpunkt der Empfangspuffer des Endteilnehmers leer ist. Fig. 1 shows a flow diagram for synchronization of the time base of an end user. In step 100, a pass-through subscriber who is immediately adjacent to the end subscriber and is located in the real-time domain of an isochronous, cyclic communication system sends a synchronization data telegram to the end subscriber, at the time of transmission or at least at the previously determinable reception time Receive buffer of the end user is empty.

In dem Schritt 102 erfolgt die Übertragung des Synchronisationsdatentelegramms über ein Kabel, welches den Durchleiteteilnehmer und den Endteilnehmer miteinander verbindet. Diese Übertragung ist mit einer Laufzeit T1 behaftet. In step 102 , the synchronization data telegram is transmitted via a cable which connects the pass-through subscriber and the end subscriber to one another. This transmission has a term T1.

In dem Schritt 104 wird das Synchronisationsdatentelegramm in dem Empfangspuffer der leeren Anschaltung des Endteilnehmers empfangen. In dem Schritt 106 wird nach einer determinierten Latenzzeit T2 nach dem Empfang ein Interrupt ausgelöst. Aufgrund des Interrupts wird der Inhalt des Synchronisationsdatentelegramms ausgewertet und die Zeitbasis des Endteilnehmers wird entsprechend nachgeregelt. Diese Synchronisation der Zeitbasis des Endteilnehmers mit der Toleranz T = T1 + T2 erfolgt in dem Schritt 108. In step 104 , the synchronization data telegram is received in the receive buffer of the empty connection of the end user. In step 106 , an interrupt is triggered after a determined latency T2 after reception. Based on the interrupt, the content of the synchronization data telegram is evaluated and the time base of the end user is readjusted accordingly. This synchronization of the time base of the end user with the tolerance T = T1 + T2 takes place in step 108 .

Eine gewisse Zeit später wird der Schritt 100 erneut durchgeführt, d. h. es wird erneut ein Synchronisationsdatentelegramm von dem Durchleiteteilnehmer gesendet. Dies entspricht der Verfahrensweise in der Echtzeit-Domain, da auch eine Nachregelung der Zeitbasen der Teilnehmer von Zeit zu Zeit erforderlich ist. A certain time later, step 100 is carried out again, ie a synchronization data telegram is sent again by the pass-through subscriber. This corresponds to the procedure in the real-time domain, since it is also necessary to readjust the participants' time bases from time to time.

Die Fig. 2 zeigt die Vorgehensweise zur Versendung von Datentelegrammen von dem Endteilnehmer in das isochrone, zyklische Kommunikationssystem hinein. In dem Schritt 200 erfolgt die Erzeugung eines Datentelegramms in dem Endteilnehmer gemäß einer zyklisch abzuarbeitenden Sendeliste. Diese Sendeliste wird im Rahmen der Projektierung des Kommunikationssystems erstellt. Fig. 2 shows the procedure in order to send data messages from the end user in the isochronous, cyclical communication system. In step 200 , a data telegram is generated in the end user in accordance with a send list to be processed cyclically. This transmission list is created as part of the configuration of the communication system.

In dem Schritt 202 wird das projektierte Datentelegramm an den unmittelbar benachbarten Durchleiteteilnehmer gesendet. Die Sendung erfolgt frühestens zu Beginn des Kommunikationszyklus und spätestens zu einem Zeitpunkt T vor dem Weiterleitungszeitpunkt des Durchleiteteilnehmers. Wenn das Kommunikationssystem einen Kommunikationszyklus hat, der in einen Echtzeit-(RT)-Teilzyklus und in einen Nicht-Echtzeit-(NRT)- Teilzyklus unterteilbar ist, so erfolgt die Sendung des Datentelegramms frühestens zu Beginn des RT-Teilzyklus. In step 202 , the configured data telegram is sent to the immediately adjacent pass-through subscriber. The transmission takes place at the earliest at the beginning of the communication cycle and at the latest at a time T before the forwarding time of the pass-through subscriber. If the communication system has a communication cycle that can be divided into a real-time (RT) sub-cycle and a non-real-time (NRT) sub-cycle, the data telegram is sent at the earliest at the beginning of the RT sub-cycle.

Die Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. Dieses beinhaltet ein Kommunikationssystem 300, welches für die isochrone, zyklische Echtzeit-Kommunikation geeignet ist. Zu dem Kommunikationssystem 300 gehören Durchleiteteilnehmer 302 und 303 sowie Endteilnehmer 304. Sowohl die Durchleiteteilnehmer 302 und 303 als auch die Endteilnehmer 304 haben eine spezielle Hardwareunterstützung zur Erreichung einer hohen Zeitgenauigkeit der Synchronität der Zeitbasen sowie zur Erreichung eines hohen Datendurchsatzes und einer hohen Telegrammzahl. Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention. This includes a communication system 300 which is suitable for isochronous, cyclical real-time communication. Communication system 300 includes pass-through subscribers 302 and 303 and end subscribers 304 . Both the pass-through participants 302 and 303 as well as the end participants 304 have special hardware support for achieving high time accuracy of the synchronism of the time bases and for achieving a high data throughput and a high number of telegrams.

Über die Durchleiteteilnehmer 303 sind ferner Endteilnehmer 306 an das Kommunikationssystem 300 angeschlossen, die eine solche spezielle Hardwareunterstützung nicht aufweisen. Diese Endteilnehmer 306 werden zum Beispiel gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 mit der Zeitbasis des Kommunikationssystems 300 näherungsweise synchronisiert und senden Datentelegramme gemäß der Ausführungsform der Fig. 2 in das Kommunikationssystem 300 hinein. End subscribers 306 who do not have such special hardware support are also connected to the communication system 300 via the pass-through subscribers 303 . These end users 306 are approximately synchronized with the time base of the communication system 300 , for example in accordance with the embodiment in FIG. 1, and send data telegrams into the communication system 300 in accordance with the embodiment in FIG. 2.

Die Fig. 4 zeigt eine mögliche Vorgehensweise zur Ermittlung der Toleranz T (vergleiche Fig. 1). FIG. 4 shows a possible procedure for determining the tolerance T (see FIG. 1).

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist einer der Durchleiteteilnehmer 303 mit einem der Endteilnehmer 306 über ein Kabel 308 verbunden. Durch das Kabel 308 wird eine Übertragungsstrecke zwischen dem Durchleiteteilnehmer 303 und einer Ethernet-Anschaltung 310 des Endteilnehmers 306 geschaffen. Dieses Kabel 308 hat beispielsweise eine Länge von höchstens 100 Metern, woraus sich eine Laufzeit T1 von 0,25 ms ± 0,25 ms ergibt. In the exemplary embodiment shown, one of the pass-through participants 303 is connected to one of the end participants 306 via a cable 308 . The cable 308 creates a transmission path between the pass-through subscriber 303 and an Ethernet connection 310 of the end subscriber 306 . This cable 308 has, for example, a length of at most 100 meters, which results in a running time T1 of 0.25 ms ± 0.25 ms.

Bei leerem Empfangspuffer der Ethernet-Anschaltung 310 ist die Zeit bis zur Auslösung eines Interrupts in dem Endteilnehmer 306 determiniert und konstant. Hinzu kommt unter Umständen ein Jitter der Interrupt-Latenzzeit, woraus sich insgesamt die Latenzzeit T2 nach dem Empfang des Datentelegramms in der Ethernet-Anschaltung 310 ergibt. Nachfolgend wird die Zeitbasis des Endteilnehmers 306 mit der Toleranz T nachgeregelt. When the receive buffer of the Ethernet interface 310 is empty, the time until an interrupt is triggered in the end user 306 is determined and constant. In addition, there may be a jitter in the interrupt latency, which results in the total latency T2 after receiving the data telegram in the Ethernet interface 310 . The time base of the end user 306 is subsequently adjusted with the tolerance T.

Die Fig. 5 zeigt einen Kommunikationszyklus 500 eines Durchleite-Teilnehmers des Kommunikationssystems 300 (vergleiche Fig. 3) von z. B. 5 ms. Der Kommunikationszyklus 500 ist in einen Teilzyklus 502 für die Echtzeit-Kommunikation und in einen Teilzyklus 504 für die Nicht-Echtzeit-Kommunikation unterteilt. Sowohl während des Teilzyklus 502 als auch während des Teilzyklus 504 werden von z. B. dem Durchleiteteilnehmer 303 Echtzeit-Datentelegramme 506 bzw. Nicht-Echtzeit- Datentelegramme 508 gesendet. FIG. 5 shows a communication cycle 500 of a pass-through subscriber of the communication system 300 (compare FIG. 3) from e.g. B. 5 ms. The communication cycle 500 is divided into a sub-cycle 502 for real-time communication and a sub-cycle 504 for non-real-time communication. Both during sub-cycle 502 and during sub-cycle 504 , e.g. B. the pass-through subscriber 303 real-time data telegrams 506 or non-real-time data telegrams 508 are sent.

Bei dem Datentelegramm 510 in dem Teilzyklus 502 handelt es sich bei den hier betrachteten Ausführungsbeispielen um ein Synchronisationsdatentelegramm. Dieses wird von dem Durchleiteteilnehmer 303 an dessen benachbarten Endteilnehmer 306 gesendet (vergleiche Fig. 3). In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel hat der Endteilnehmer einen Empfangspuffer in seiner Ethernet-Anschaltung 310 (vergleiche Fig. 4). Der Endteilnehmer 306 benötigt zum vollständigen Entleeren des Empfangspuffers eine maximale Entleerzeit. In the exemplary embodiments considered here, the data message 510 in the partial cycle 502 is a synchronization data message. This is sent by the pass-through subscriber 303 to its neighboring end subscriber 306 (see FIG. 3). In the exemplary embodiment considered here, the end user has a receive buffer in its Ethernet connection 310 (cf. FIG. 4). End user 306 requires a maximum drain time to completely drain the receive buffer.

Damit die Synchronisation der Zeitbasis in dem Endteilnehmer 306 mit der Toleranz T erfolgen kann, sendet der Durchleiteteilnehmer das Datentelegramm 510 erst nach einer Sendepause 512 nach Beginn des Teilzyklus 502, wobei die Sendepause in etwa gleich der maximalen Entleerzeit ist. Die Sendepause 512 kann auch etwas kürzer als die maximale Entleerzeit gewählt werden, da ja auch die Laufzeit T1 von dem Endteilnehmer 306 noch für das Entleeren des Empfangspuffers verwendet werden kann. So that the time base in the end user 306 can be synchronized with the tolerance T, the pass-through user sends the data telegram 510 only after a transmission pause 512 after the beginning of the partial cycle 502 , the transmission pause being approximately equal to the maximum emptying time. The transmission pause 512 can also be selected to be somewhat shorter than the maximum emptying time, since the end user 306 can also still use the transit time T1 for emptying the reception buffer.

Für die Zeitsynchronisation der Zeitbasis eines solchen Endteilnehmers wird also vorzugsweise die Eigenschaft von üblichen Ethernet-Anschaltungen ausgenutzt, dass die Laufzeit vom Eintreffen eines Telegramms bis zum Auslösen eines Interrupts konstant und ermittelbar ist, wenn das Telegramm auf eine Anschaltung trifft, in deren Empfangspuffer keine Telegramme gespeichert sind. Die an den Endteilnehmer zu sendenden Realtime (RT)-Telegramme werden deswegen so geplant, dass das erste zu empfangende Telegramm beim Endteilnehmer garantiert auf eine leere Anschaltung trifft. For the time synchronization of the time base of such The end participant is therefore preferably the property of usual Ethernet connections that the runtime from A telegram arrives until an interrupt is triggered is constant and determinable if the telegram is on a Connection hits, in its receive buffer no telegrams are saved. The ones to be sent to the end user Realtime (RT) telegrams are therefore planned so that the first telegram to be received guaranteed at the end user meets an empty connection.

Die damit erreichbare Synchronität eines Teilnehmers mit gewöhnlicher Ethernet-Anschaltung wird damit fast ausschließlich durch den Jitter der Interrupt-Latenzzeit bestimmt. Bei dedizierten Systemen kann damit eine Genauigkeit für die Zeitsynchronität im einstelligen Mikrosekundenbereich erreicht werden. Zur Erzielung einer größeren Zeittoleranz für eintreffende Echtzeit-Datentelegramme erhält vorzugsweise jeder Port eines weiterleitenden Teilnehmers einen Empfangspuffer, der

  • - ein Telegramm in seiner ganzen Länge "beliebig" lang speichern kann,
  • - mehrere Telegramme gleichzeitig bis zu einer Gesamtgröße, die der des Empfangspuffers entspricht, speichern kann und
  • - als FIFO (First-In First-out) so organisiert ist, dass einerseits die Telegramme immer entsprechend ihrer Eintreffreihenfolge abgeholt werden können, aber auch ein eintreffendes Telegramm unmittelbar mit dem Beginn des Eintreffens abgeholt, d. h. weitergeleitet werden kann.
The synchronicity that can be achieved by a subscriber with a normal Ethernet connection is thus determined almost exclusively by the jitter of the interrupt latency. With dedicated systems, accuracy for time synchronism in the single-digit microsecond range can be achieved. In order to achieve a greater time tolerance for incoming real-time data telegrams, each port of a forwarding subscriber preferably receives a receive buffer that
  • can store a telegram in its entire length "as long as desired",
  • - can store several telegrams simultaneously up to a total size that corresponds to that of the receive buffer and
  • - As a FIFO (First-In First-Out) it is organized in such a way that on the one hand the telegrams can always be picked up according to their arrival order, but also that an incoming telegram can be picked up immediately at the beginning of the arrival, ie forwarded.

Eine entsprechende Ausführungsform des Durchleiteteilnehmers 303 (vergleiche Fig. 3 und Fig. 4) zeigt das Blockdiagramm der Fig. 6. Der Durchleiteteilnehmer hat verschiedene Ports 1. . . n. Diese sind jeweils mit einem Empfangsmodul 600 verbunden. A corresponding embodiment of the through Leite subscriber 303 (see FIG. 3 and FIG. 4) shows the block diagram of Fig. 6. The connecting user has various ports 1. , n. These are each connected to a receiving module 600 .

Die Empfangsmodule 600 sind ihrerseits jeweils mit einem FIFO Empfangspuffer 602 einer Größe von z. B. 2 KByte verbunden. The receive modules 600 are in turn each equipped with a FIFO receive buffer 602 with a size of e.g. B. 2 KB connected.

In dem Empfangspuffer 602 sind verschiedene Datentelegramme gespeichert, die für den lokalen Empfang an ein internes Kommunikations-RAM 604 weitergeleitet werden können und/oder die zu einem anderen Teilnehmer des Kommunikationssystems (vergleiche Kommunikationssystem 300 der Fig. 3) weitergeleitet werden können. Various data telegrams are stored in the receive buffer 602 , which can be forwarded to an internal communication RAM 604 for local reception and / or which can be forwarded to another subscriber of the communication system (compare communication system 300 of FIG. 3).

Das Vorhandensein der Empfangspuffer 602 ermöglicht es also dem Durchleiteteilnehmer 303 Datentelegramme von den Endteilnehmern 306 auch schon deutlich vor dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt bzw. Empfangszeitpunkt zu empfangen. The presence of the receive buffers 602 thus enables the forwarding subscriber 303 to receive data telegrams from the end subscribers 306 well before the configured forwarding time or receiving time.

Die Fig. 7 zeigt ein Timing-Diagramm zur Veranschaulichung der Zeitverhältnisse beim Empfang eines Datentelegramms von einem Endteilnehmer (vergleiche Endteilnehmer 306 der Fig. 3 und Fig. 4). Fig. 7 shows a timing diagram illustrating the time relationships on receipt of a data telegram from a Subscriber (compare end user 306 of FIG. 3 and FIG. 4).

Der Empfang eines Datentelegramms 700 von dem Endteilnehmer durch den Durchleiteteilnehmer 303 kann frühestens um die Toleranzzeit T nach dem Beginn des Teilzyklus 502 für die Echtzeitkommunikation erfolgen. Daran anschließend gibt es ein Zeitfenster 702 innerhalb dessen das Datentelegramm 700 von dem Durchleiteteilnehmer empfangen werden kann. Receiving a data telegram 700 from the end user through the pass-through user 303 can take place at the earliest by the tolerance time T after the beginning of the partial cycle 502 for real-time communication. Then there is a time window 702 within which the data telegram 700 can be received by the pass-through subscriber.

Die Länge des Zeitfensters 702 ist dadurch begrenzt, dass zu dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt TW des Datentelegramms 506 zumindest ein erster Teil des Dacentelegramms 700 empfangen worden sein muss, damit dieses mittels eines so genannten cut-through-Verfahrens als Datentelegramm 506 weitergeleitet werden kann. Damit dies gewährleistet ist, muss also der Endteilnehmer 306 das Datentelegramm 307 mindestens um die Toleranzzeit T vor dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt TW absenden. The length of the time window 702 is limited by the fact that at least a first part of the data telegram 700 must have been received at the configured forwarding time TW of the data telegram 506 so that it can be forwarded as a data telegram 506 using a so-called cut-through method. To ensure this, the end user 306 must send the data telegram 307 at least by the tolerance time T before the configured forwarding time TW.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines Endteilnehmers (306) eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems (300) mit folgenden Schritten: - Empfang eines Synchronisationsdatentelegramms (510) von einem Durchleiteteilnehmer (303) des Kommunikationssystems (300) durch den Endteilnehmer (306), wobei das Synchronisationsdatentelegramm mit der Laufzeit (T, T1, T2) einer Übertragungsstrecke zwischen dem Durchleiteteilnehmer und dem Endteilnehmer behaftet ist, - Synchronisation einer Zeitbasis des Endteilnehmers (306) mit Hilfe des Synchronisationsdatentelegramms, woraus eine Synchronisation der Zeitbasis mit einer Toleranz entsprechend der Laufzeit resultiert, - zyklische Abarbeitung einer Sendeliste von dem Endteilnehmer (306) innerhalb eines Kommunikationszyklus (500, 502) entsprechend der Zeitbasis des Endteilnehmers, wobei die Sendung eines Datentelegramms (700) gemäß der Sendeliste von dem Endteilnehmer an den Durchleiteteilnehmer frühestens zu Beginn des Kommunikationszyklus (500, 502) und spätestens um die Toleranz (T) vor dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt (TW) des betreffenden Datentelegramms durch den Durchleiteteilnehmer (303) erfolgt. 1. A method for operating an end user ( 306 ) of an isochronous, cyclic communication system ( 300 ) with the following steps: - Receiving a synchronization data telegram ( 510 ) from a pass-through subscriber ( 303 ) of the communication system ( 300 ) by the end subscriber ( 306 ), the synchronization data telegram having the transit time (T, T1, T2) of a transmission link between the pass-through subscriber and the end subscriber, Synchronization of a time base of the end user ( 306 ) with the aid of the synchronization data telegram, which results in synchronization of the time base with a tolerance corresponding to the runtime, - Cyclical processing of a transmission list from the end user ( 306 ) within a communication cycle ( 500 , 502 ) according to the time base of the end user, the transmission of a data telegram ( 700 ) according to the transmission list from the end user to the pass-through user at the earliest at the beginning of the communication cycle ( 500 , 502 ) and at the latest by the tolerance (T) before the configured forwarding time (TW) of the relevant data telegram by the forwarding subscriber ( 303 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kommunikationszyklus in einen ersten Teilzyklus (502) für die Echtzeitkommunikation und in einem zweiten Teilzyklus (504) für die Nicht-Echtzeit-Kommunikation aufteilbar ist und wobei die Übertragung des Datentelegramms in dem Teilzyklus für die Echtzeitkommunikation erfolgt. 2. The method according to claim 1, wherein the communication cycle can be divided into a first partial cycle ( 502 ) for real-time communication and a second partial cycle ( 504 ) for non-real-time communication, and wherein the transmission of the data telegram takes place in the partial cycle for real-time communication , 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Laufzeit aus der Laufzeit (T1) des Synchronisationsdatentelegramms über eine Übertragungsstrecke (308) und der Latenzzeit (T2) zur Auslösung eines Interrupts in einer Anschaltung (310) des Endteilnehmers (306) ergibt. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the runtime results from the runtime (T1) of the synchronization data telegram over a transmission link ( 308 ) and the latency (T2) for triggering an interrupt in an interface ( 310 ) of the end user ( 306 ). 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Empfang des Synchronisationsdatentelegramms (510) von dem Endteilnehmer bei leerem Empfangspuffer des Endteilnehmers erfolgt. 4. The method according to any one of the preceding claims 1, 2 or 3, wherein the reception of the synchronization data telegram ( 510 ) from the end user takes place with an empty reception buffer of the end user. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sendung des Synchronisationsdatentelegramms durch den Durchleiteteilnehmer (303) frühestens nach einer maximalen Entleerzeit des Empfangspuffers des Endteilnehmers (306) nach dem Beginn des Kommunikationszyklus erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims 1 to 4, wherein the transmission of the synchronization data telegram by the pass-through subscriber ( 303 ) takes place at the earliest after a maximum emptying time of the reception buffer of the end subscriber ( 306 ) after the start of the communication cycle. 6. Computerprogrammprodukt, insbesondere digitales Speichermedium, zum Betrieb eines Endteilnehmers eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems, mit Programmmitteln zur Durchführung der folgenden Schritte: - Empfang eines Synchronisationsdatentelegramms (510) von einem Durchleiteteilnehmer (303) des Kommunikationssystems (300) durch den Endteilnehmer (306), wobei das Synchronisationsdatentelegramm mit der Laufzeit (T, T1, T2) einer Übertragungsstrecke zwischen dem Durchleiteteilnehmer und dem Endteilnehmer behaftet ist, - Synchronisation einer Zeitbasis des Endteilnehmers (306) mit Hilfe des Synchronisationsdatentelegramms, woraus eine Synchronisation der Zeitbasis mit einer Toleranz entsprechend der Laufzeit resultiert, - zyklische Abarbeitung einer Sendeliste von dem Endteilnehmer (306) innerhalb eines Kommunikationszyklus (500, 502) entsprechend der Zeitbasis des Erdteilnehmers, wobei die Sendung eines Datentelegramms (700) gemäß der Sendeliste von dem Endteilnehmer an den Durchleiteteilnehmer frühestens zu Beginn des Kommunikationszyklus (500, 502) und spätestens um die Toleranz (T) vor dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt (TW) des betreffenden Datentelegramms durch den Durchleiteteilnehmer (303) erfolgt. 6. Computer program product, in particular digital storage medium, for operating an end user of an isochronous, cyclic communication system, with program means for performing the following steps: - Receiving a synchronization data telegram ( 510 ) from a pass-through subscriber ( 303 ) of the communication system ( 300 ) by the end subscriber ( 306 ), the synchronization data telegram having the transit time (T, T1, T2) of a transmission link between the pass-through subscriber and the end subscriber, Synchronization of a time base of the end user ( 306 ) with the aid of the synchronization data telegram, which results in synchronization of the time base with a tolerance corresponding to the runtime, - Cyclical processing of a transmission list by the end user ( 306 ) within a communication cycle ( 500 , 502 ) according to the time base of the earth subscriber, the transmission of a data telegram ( 700 ) according to the transmission list from the end user to the pass-through user at the earliest at the beginning of the communication cycle ( 500 , 502 ) and at the latest by the tolerance (T) before the configured forwarding time (TW) of the relevant data telegram by the forwarding subscriber ( 303 ). 7. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 6, wobei die Programmmittel so ausgebildet sind, dass der Empfang des Synchronisationsdatentelegramms nur bei leerem Empfangspuffer erfolgt. 7. The computer program product of claim 6, wherein the Program resources are designed so that the reception of the Synchronization data telegram only when empty Receive buffer occurs. 8. Endteilnehmer eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems mit:
Mitteln zum Empfang eines Synchronisationsdatentelegramms (510) von einem Durchleiteteilnehmer (303) des Kommunikationssystems (300) durch den Endteilnehmer (306), wobei das Synchronisationsdatentelegramm mit der Laufzeit (T, T1, T2) einer Übertragungsstrecke zwischen dem Durchleiteteilnehmer und dem Endteilnehmer behaftet ist,
Mitteln zur Synchronisation einer Zeitbasis des Endteilnehmers (306) mit Hilfe des Synchronisationsdatentelegramms, woraus eine Synchronisation der Zeitbasis mit einer Toleranz entsprechend der Laufzeit resultiert,
Mitteln zur zyklische Abarbeitung einer Sendeliste von dem Endteilnehmer (306) innerhalb eines Kommunikationszyklus (500, 502) entsprechend der Zeitbasis des Endteilnehmers, wobei die Sendung eines Datentelegramms (700) gemäß der Sendeliste von dem Endteilnehmer an den Durchleiteteilnehmer frühestens zu Beginn des Kommunikationszyklus (500, 502) und spätestens um die Toleranz (T) vor dem projektierten Weiterleitungszeitpunkt (TW) des betreffenden Datentelegramms durch den Durchleiteteilnehmer (303) erfolgt. 8. End user of an isochronous, cyclical communication system with:
Means for receiving a synchronization data telegram ( 510 ) from a pass-through subscriber ( 303 ) of the communication system ( 300 ) by the end subscriber ( 306 ), the synchronization data telegram having the duration (T, T1, T2) of a transmission link between the pass-through subscriber and the end subscriber,
Means for synchronizing a time base of the end user ( 306 ) with the aid of the synchronization data telegram, which results in a synchronization of the time base with a tolerance corresponding to the runtime,
Means for cyclically processing a transmission list from the end user ( 306 ) within a communication cycle ( 500 , 502 ) according to the time base of the end user, the transmission of a data telegram ( 700 ) according to the transmission list from the end user to the pass-through user at the earliest at the beginning of the communication cycle ( 500 , 502 ) and at the latest by the tolerance (T) before the projected forwarding time (TW) of the relevant data telegram by the forwarding subscriber ( 303 ). 9. Durchleiteteilnehmer eines isochronen, zyklischen Kommunikationssystems mit Mitteln zur Sendung eines Synchronisationsdatentelegramms (510) an einen Endteilnehmer (306) über eine mit einer Laufzeit (T, T1, T2) behaftete Übertragungsstrecke (308), wobei die Sendung des Synchronisationsdatentelegramms frühestens nach einer Sendepause (512) nach Beginn des Kommunikationszyklus (500, 502) erfolgt, wobei die Sendepause einer maximalen Entleerzeit eines Empfangspuffers (310) des Endteilnehmers entspricht. 9. connecting user of an isochronous, cyclical communication system with means for sending a synchronizing data telegram (510) to an end subscriber (306) via a afflicted with a duration (T, T1, T2) transmission path (308), wherein the sending of the synchronizing data telegram at the earliest after a transmission pause ( 512 ) after the start of the communication cycle ( 500 , 502 ), the transmission pause corresponding to a maximum emptying time of a reception buffer ( 310 ) of the end user. 10. Computerprogrammprodukt, insbesondere digitales Speichermedium, mit Programmmitteln zur Sendung eines Synchronisationsdatentelegramms (510) an einen Endteilnehmer (306) über eine mit einer Laufzeit behafteten Übertragungsstrecke (308), wobei die Sendung des Datentelegramms frühestens nach einer Sendepause (512) nach Beginn des Kommunikationszyklus (500, 502) erfolgt, und die Sendepause einer maximalen Entleerzeit des Empfangspuffers (310) des Endteilnehmers (306) entspricht. 10. Computer program product, in particular digital storage medium, with program means for sending a synchronization data telegram ( 510 ) to an end user ( 306 ) via a transmission link ( 308 ) with a transit time, the transmission of the data telegram at the earliest after a transmission pause ( 512 ) after the start of the communication cycle ( 500 , 502 ) takes place, and the transmission pause corresponds to a maximum emptying time of the reception buffer ( 310 ) of the end user ( 306 ). 11. Kommunikationssystem mit zumindest einem Endteilnehmer nach Anspruch 8 und mit zumindest einem Durchleiteteilnehmer nach Anspruch 9. 11. Communication system with at least one end user according to claim 8 and with at least one Pass-through subscriber according to claim 9.
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