(杂七杂八,比较乱,待继续补充整理)
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实时操作系统
实时操作系统(Real-time Operating System,RTOS)是针对有实时性要求的应用而设计的操作系统。相较于分时操作系统,实时操作系统能够在指定或确定的时间内完成系统功能,对外部或内部、同步或异步时间做出正确响应。
硬实时操作系统中,任务必须在规定的时间内完成,否则会导致系统故障或者严重的后果。对时间要求很高,限定时间内不管是否完成必须返回。在硬实时系统中,任务的响应时间是系统设计的关键指标,必须通过严格的调度算法和实时性能分析来保证任务的按时完成。
软实时系统,可以允许任务偶尔出现一定的时间偏差,但是随着时间的偏移,整个系统的正确性也会随之下降。当事件触发,在时间t内完成,则三类系统的效用是相同的。但是当完成时间超出时间t时,则效用发生了变化。
非实时系统:超过规定的时间t后,其效用缓慢下降。
软实时系统:超过规定的时间t后,其效用迅速下降。
硬实时系统:超过规定的时间t后,其效用立即归零。分时操作系统:Windows、Linux、MacOS等
闭源实时操作系统:VxWorks、RTX、QNX、INtime等
开源实时操作系统:RTAI、Xenomai等 -
总线技术
常见的现场总线技术:CAN Profibus EtherNet Sercos CC-link Modbus RS232/RS4852.1 EtherCAT
EtherCAT是Beckhoff基于以太网基础开发的一种开放式的、先进的现场总线,它通过一系列独特的机制来保证数据传输的高效与可靠。
EtherCAT只需一根网线就可以实现数据传输,支持总线型、树型、星型及混合结构连接。网线中包含四根线,其中两根用于输出数据(TX),两根用于返回数据(RX),在内部组成了一个环网。主站设备使用RTOS+以太网芯片(MAC)+EtherCAT协议栈,从站设备使用专门的通信芯片(ESC),来保证通信的高速和稳定。
图2 EtherCAT状态机报文数据:
从站设备在报文经过其节点时,读取带有相应寻址信息的数据;同时,输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中,报文只有几纳秒的时间延迟。
两种数据交换形式:
时间关键的过程数据(PDO):通常周期性发送,通信应用层为CoE协议(CANopen Over EtherCAT)。
非时间关键的邮箱数据(SDO):可非周期性发送,借助mailbox。同步时钟:
主站设备会挑选首个带时钟(DC)功能的从站设备作为时钟主站(DC Master),各从站按照时钟主站的时间统一步调。这样多轴插补时,就可以参考精准的时钟信号进行统一时间采样(采集命令数据),统一时间动作。
三种同步模式:
Free-Run:从站设备的过程数据处理,由内部事件触发,与主站设备循环无关。适用于处理信号变化缓慢的I/O设备。
SM-Synchronous:从站设备的过程数据处理,由接收到携带过程数据的周期性数据帧时所产生的硬件中断触发。
DC-Synchronous:从站设备的过程数据处理,由基于分布时钟和系统时间的硬件中断触发。适用于任务控制的伺服驱动,以及超采样的I/O设备。 -
CiA402
EtherCAT支持CANopen协议中的行规CiA402和SERCOS协议的应用层,分别称为CoE和SoE。
CiA402,作为“伺服与运动控制”行规,广泛应用于基于CAN总线、EtherCAT总线网络的运动控制。该协议将伺服运动控制应用中,具有代表性的设置参数、控制参数、状态参数等项目,归纳整理为具有固定编号(索引号+子索引号)的“对象”,完整的对象定义表就是“对象字典”。各设备厂家遵循这个规范开发的控制器、伺服驱动器(从站设备)均可配合运行,或可替换使用。
图3 CoE设备结构图