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【摘要】

在嵌入式工業(yè)應(yīng)用中，實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)具有十分重要的意義。把通用網(wǎng)絡(luò)作為切入點(diǎn)，闡述了幾種基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，把嵌入式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)作為例子，分析了一般網(wǎng)絡(luò)的缺陷。在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究思路進(jìn)行了初步分析。

【關(guān)鍵詞】

實(shí)時(shí)通信；網(wǎng)絡(luò)；分析設(shè)計(jì)

1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

通常，節(jié)點(diǎn)是由多個(gè)相互聯(lián)接的計(jì)算機(jī)所構(gòu)成，單獨(dú)來(lái)看，一臺(tái)具備通信功能的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)單一的節(jié)點(diǎn)，是根據(jù)施工方式的層次結(jié)構(gòu)而組成的。屬于不同系統(tǒng)的實(shí)體之間的每一個(gè)層次都可以相互溝通。底部為七層的OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型組成由：會(huì)話層、物理層、表示層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層、和應(yīng)用層構(gòu)成，該模型是一個(gè)異構(gòu)的系統(tǒng)，它提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信互聯(lián)系統(tǒng)框架下的基本規(guī)則。同一個(gè)應(yīng)用程序的不同系統(tǒng)的抽象結(jié)構(gòu)的參考模型稱為等效層實(shí)體，每一層都有一個(gè)上層調(diào)用接口。在不同的應(yīng)用實(shí)體之間進(jìn)行通信，是完整的網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。該應(yīng)用包括文件傳輸服務(wù)、電子郵箱系統(tǒng)等不同的系統(tǒng)相互通信，遵守語(yǔ)義（同步信息和錯(cuò)誤處理），對(duì)等實(shí)體之間的協(xié)議的協(xié)議（數(shù)據(jù)格式，編碼等）和時(shí)間（速度匹配和排序）的三個(gè)部分。通信的傳輸協(xié)議，包括傳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法這三個(gè)方面，可以說(shuō)三個(gè)方面缺一不可，在通信傳輸過(guò)程中都起到非常關(guān)鍵的作用。一般協(xié)議屬于鏈路層和物理層協(xié)議，作為支持網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境的基礎(chǔ)。介質(zhì)訪問(wèn)控制是指包括所有設(shè)備的，如工作站，橋梁時(shí)，共享傳輸介質(zhì)時(shí)的傳輸介質(zhì)的所有權(quán)分配操作。根據(jù)是中心站點(diǎn)發(fā)送命令還是所有站點(diǎn)聯(lián)合把設(shè)備分為集中式和分布式控制，由中心站點(diǎn)發(fā)送允許命令的是集中式，決定設(shè)備是否可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，分布式是所有工作站聯(lián)合動(dòng)態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)備控制介質(zhì)的方法不同又可分為三類(lèi)，預(yù)約式、循環(huán)式、競(jìng)爭(zhēng)式。

2實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)的研究方向

在物理層底層修改網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的關(guān)鍵，通過(guò)定量的信道占據(jù)時(shí)間以此滿足通信的實(shí)時(shí)性要求是眾多研究者的主要研究?jī)?nèi)容。這種方法需要改動(dòng)一些硬件比如網(wǎng)卡。改動(dòng)物理協(xié)議使得所有其他上層協(xié)議變化變化，形成最終的支持系統(tǒng)。傳統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)使用這種方法的成本很高，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，可移植性和靈活性差，專(zhuān)用型強(qiáng)。另一個(gè)有效的解決方案是基于IEEE802.3協(xié)議的基礎(chǔ)上，考慮使用令牌控制對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)，防止報(bào)文碰撞。虛擬化化的令牌不需要太多的硬件變化，令牌服務(wù)管理需要大量的支持和保障，以確保令牌服務(wù)器的正常運(yùn)營(yíng)。對(duì)于軟件的成本和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本增加將會(huì)使得新的協(xié)議將大大增加。實(shí)時(shí)通信協(xié)議大多集中在一個(gè)方面，因此嵌入式實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要不同的方法。

3實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)需要考慮很多問(wèn)題比如：預(yù)算成本、應(yīng)用背景、管理方案和后期維護(hù)等等各種問(wèn)題，這些問(wèn)題都將影響網(wǎng)絡(luò)通信的運(yùn)營(yíng)。在這里，我們把嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)作為例子將對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問(wèn)題做出相關(guān)說(shuō)明。

3.1網(wǎng)絡(luò)總體模型結(jié)構(gòu)以及特定在原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在特定的嵌入式節(jié)點(diǎn)下，通過(guò)以太網(wǎng)連接各節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)功能：服務(wù)器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和嵌入式節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)用一個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)一臺(tái)信息通用計(jì)算機(jī)，也可以是一個(gè)特殊的節(jié)點(diǎn)，它需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的形式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2中間件的功能以及層次結(jié)構(gòu)中間件的實(shí)時(shí)模型有遠(yuǎn)程終端節(jié)點(diǎn)和控制器節(jié)點(diǎn)之分，控制器在子網(wǎng)內(nèi)且每個(gè)子網(wǎng)只僅有一個(gè)?？刂破魇聞?wù)由調(diào)度管理通信，遠(yuǎn)程終端只需要控制器的命令來(lái)完成訪問(wèn)操作的響應(yīng)?？刂破饕瓿蓚鬟f控制和仲裁功能，控制器的協(xié)調(diào)運(yùn)行才能確定節(jié)點(diǎn)的開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間，也能保證節(jié)點(diǎn)的時(shí)間周期發(fā)送數(shù)據(jù)。為上層提供服務(wù)，通過(guò)通信機(jī)制來(lái)規(guī)范編程接口。中間件作為L(zhǎng)inux系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)項(xiàng)，以模塊化封裝中間件的實(shí)現(xiàn)方便系統(tǒng)守護(hù)進(jìn)程，需要訪問(wèn)系統(tǒng)資源，適應(yīng)環(huán)境。用啟動(dòng)自動(dòng)加載系統(tǒng)構(gòu)建模塊。內(nèi)核的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)相應(yīng)的硬件通信模塊后自動(dòng)稱為節(jié)點(diǎn)，是一種周期性的數(shù)據(jù)。無(wú)需參加數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)可由用戶手動(dòng)刪除。

3.3RTCC協(xié)議基于命令/響應(yīng)模式的C-S模型，使用嵌入式實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、框架、錯(cuò)誤信息的順序和流量控制和上層服務(wù)接口統(tǒng)稱為RTCC協(xié)議。該協(xié)議適用于專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：基本標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)中，競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制是CSMA/CD，TCP/IP協(xié)議兼容，沒(méi)有其他Web服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中存在。使用RTCC協(xié)議的私人網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是不需要對(duì)硬件做太多改變，并保持兼容TCP/IP協(xié)議。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向應(yīng)該是確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，只有保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠落實(shí)到位，才能以此來(lái)滿足工業(yè)化需求。修改虛擬令牌環(huán)或底層協(xié)議的方式難以滿足嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要采用特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，模塊化的中間件通過(guò)使用特定RTCC協(xié)議，為上層應(yīng)用程序提供服務(wù)接口。

參考文獻(xiàn)

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作者：傅國(guó)平 單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所