专利名称：运行等时的周期性通信系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行等时的周期性通信系统的方法、一种具有相应程序模块的数字存储介质、一种连接在该通信系统中的用户设备以及一种通信系统。
背景技术：
具有等间隔特性的同步、定时通信系统被理解为一个由至少两个用户设备组成的系统，这些用户设备通过一个数据网络相互连接以实现相互交换数据或者相互传输数据。在此，数据交换周期性地按由该系统所使用的通信时钟预定的、等间隔的通信周期进行。用户设备例如是中央自动化设备，编程、规划或操作设备，外围设备(例如输入/输出部件、传动装置、执行器、传感器)，可存储程序控制器(SPS)或其它控制单元，计算机，或者与其他机器交换电子数据、尤其是处理其他机器数据的机器。用户设备也被称为网络节点或者节点。在下面将控制单元理解为各种类型的调节或控制单元，以及例如开关和/或开关控制器。作为数据网络例如可采用总线系统，如现场总线(Feldbus)、过程现场总线(Profibus)、以太网络、工业以太网络、带电线(Fire Wire)或者PC内部总线系统(PCI)，尤其是还有等时(isochrones)实时以太网络。
数据网络可以通过联网(即各个用户设备相互连接)实现多个用户设备之间的通信。此处通信的含义是指用户设备之间传输数据。在此，待传输的数据作为数据电报发送，即数据被按多个分组一同打包并以这种形式通过数据网络送至相应的接收器。因此也被称为数据分组。这里，在本文件中使用的数据传输的概念完全和上述数据电报或数据分组的传输同义。
在分布式自动化系统中，例如在传动技术领域，必须使确定的数据在确定的时间到达确定的用户，并由接收器处理。这里称作实时关键(echtzeitkritisch)数据或数据交换，因为与非实时关键的数据通信(例如基于因特网或企业内部网的数据通信)相反，数据不及时到达确定的地点会导致在用户设备那里产生非期望的后果。
实时以太网通信是一种有计划的、周期性的通信。因此为每个实时以太网端口既分配了待发送的实时电报(IRT电报，即等时的实时电报)的列表，又分配了待接收的IRT电报的列表。该列表的基本项目分别对应于一个IRT电报。此外，每一个列表基本项目包含有关在等时周期(通信周期)内必须何时接收或应当何时发送相应所属IRT电报的信息。在一个等时周期内处理所有实时以太网端口的发送列表和接收列表，从而在实时以太网的网络内执行IRT通信。然而，IRT通信必须在起始阶段内进行计划，且在IRT运行期间不能修改。这导致了不允许动态响应的不灵活的IRT通信。
特别是在不了解对整个网络以后的、最终适用配置的情况下难以在实践中执行子网络的运行。到目前为止，每次扩展时都必须关闭这种系统，重新初始赋值并再次启动。如果已知整个网络以后的情况，则迄今为止只能通过下述方式来实现无冲突(stoβfrei)的扩展，即将整个网络以后的IRT通信在实现子网络的时候就已经一起计划、并以周期性运行方式来完成。但是，预先不知道的事后修改会重新导致已经提到的问题及其后果。到目前为止，根据设备或产品更改的边界条件转换整个网络的IRT通信都是通过关闭、重新初始赋值和启动整个IRT通信或设备来进行的。
在通信系统中等时的、确定的周期性数据交换基于所有参与通信的部件都具有共同的周期或时间基准。该周期或时间基准由一个标示性部件(周期锤)传送到其它部件。在等时的实时以太网中，该周期或时间基准由同步主机通过发送同步电报而预先给出。
与实时以太网部件的通信分为周期性的、有计划的IRT通信和非周期性的、无计划的NRT(非实时)通信。在此，NRT通信相应于目前普遍的、通常公知为以太网通信的以太网数据交换。在每个等时周期(通信周期)内既进行周期性的实时通信又进行非周期性的非实时通信。实时通信的IRT发送列表和IRT接收列表存放在一通信存储器中。
在德国专利申请DE 100 58 524.8中公开了一种用于通过可开关的数据网络、尤其是以太网传送数据的系统和方法，这种网络允许进行实时关键数据通信和非实时关键的数据通信、尤其是基于因特网或企业内部网的数据通信的混合运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于使等时的周期性通信系统中的实时通信灵活化的改进方法。此外，本发明要解决的技术问题是还要提供一种相应的数字存储介质、一种连接在该通信系统中的用户设备以及一种相应的通信系统。
上述本发明要解决的技术问题分别是通过其独立权利要求的特征加以解决的。本发明的优选实施方式在从属权利要求中给出。
本发明可以在运行期间对作为等时的周期性通信系统中有计划实时通信基础的配置数据进行更改。为此，在一个或多个通信周期的无计划NRT部分，将更改的配置数据传送给通信系统的用户设备并存储在那里。此外，将更改的配置数据的转换时刻也传送给用户设备。在达到转换时刻时，在用户设备中访问该更改后的、作为有计划IRT通信基础的配置数据。
该措施的优点在于可以实现IRT通信配置数据的动态更改，而无需中断通信系统中的数据电报交换。有利的是，同样保留在每个时刻都通过通信系统进行NRT通信的可能性。按照本发明的一种优选实施方式，使一个通信周期内用于NRT通信的时间部分与配置数据的传送相适配，也就是说，临时增大NRT部分，以便为配置数据的传输提供足够的传输容量。
按照本发明的另一种优选实施方式，更改配置数据的转换时刻以广播数据电报方式传送到通信系统的用户设备。
按照本发明的又一种优选实施方式，配置数据包含一个用户设备每个端口的发送列表和接收列表。在此，一个端口的发送列表给出了在一个等时周期的IRT部分待发送的数据电报及其发送时刻。在此，对数据电报的指明优选通过其各自的标识来完成。相应地，一个接收列表包含了在一个等时周期的IRT部分内的确定时刻待接收的数据电报，该待接收的数据电报也通过其标识识别。
按照本发明的再一种优选实施方式，通过在一个或多个通信周期的NRT部分中将更新的发送列表和接收列表发送到用户设备来通知该用户设备更改配置数据。在此，每个用户设备只接收或存储涉及其端口的发送列表和接收列表就足够了。
按照本发明的优选实施方式，存储原先的发送列表和接收列表和存储更改的发送列表和接收列表在用户设备的通信存储器的不同地址区域中完成。
按照本发明的另一种优选实施方式，用户设备具有用于存储指向通信存储器地址区域(该地址区域包含当前配置数据、即例如发送列表和接收列表)的进入地址的起始寄存器。为了转换到更改的配置数据，由用户设备的一个应用程序利用一个指明更改配置数据所在存储区域的新进入地址重写该起始寄存器。
按照本发明的又一种优选实施方式，更改的配置数据和转换时刻由一个配置主机提供给该通信系统。
按照本发明的再一种优选实施方式，实时通信的IRT发送列表和IRT接收列表都存放在用户设备的通信存储器中。
列表的开始部分(在通信存储器中指向列表结构开始部分的进入地址)同样存放在该通信存储器的存储区域中。在起始寄存器中，也存储了指向该存储区域的进入地址。
在每个等时周期的开始，相应的以太网端口借助寄存器内容进入指向其中存放有指向通信存储器中列表开始部分地址的地址区域。依据参数化的端口号对每个端口选择不同的发送列表和接收列表，并在等时周期内进行处理。为了完全转换IRT通信，此时可以由配置主机在NRT数据交换期间发送新的配置数据，并随同发送有计划的IRT发送列表和IRT接收列表的新数据，并且在接收器处将这些数据通过在接收器那里运行的应用程序存放在通信存储器中未被使用的存储区域内。到目前为止的IRT通信完全没有受到影响。
接着由配置主机经广播电报(向以太网网络所有用户设备)通知新的IRT通信应当在哪个等时周期内起作用。在用户设备上运行的应用程序同样也获得这些为新的IRT发送列表和IRT接收列表提供的数据。
由于周期性的数据交换需要一个对所有用户设备同步的等时周期，因此在到达的时刻加载每个用户设备的应用程序，并由此在同一时刻用其中存放了以太网端口的新发送列表和接收列表的通信存储器的新进入地址加载起始寄存器。在随后进行的等时周期内，在读取起始寄存器时向以太网端口提供其它IRT发送列表和IRT接收列表。于是，在下个等时周期内无冲突地完成了列表结构(以及冗余列表)的转换。
下面结合附图对本发明的优选实施方式作详细说明图1为本发明用于更新配置数据的方法的优选实施方式的流程图；图2为一个等时的周期性通信系统的用户设备的框图，图3示出了在传送更改的配置数据期间以及在传送更改的配置数据之后的通信周期。
具体实施例方式
图1示出了有关在一个如由DE 100 58 524.8中公开的那一类型的等时周期性通信系统中更改配置数据的流程图。
在步骤100中，利用配置数据来运行该通信系统，这些配置数据包含用于该通信系统用户设备每个端口的IRT通信的发送列表和接收列表。此时，涉及一个用户设备或其端口的发送列表和接收列表存放在该用户设备的通信存储器中。
在步骤101中，将更改的配置数据传送到通信系统的用户设备。在此，传送更改的配置数据在一个或多个通信周期的NRT部分中进行。这是可能的，因为通信周期的NRT部分是为无计划通信提供的逻辑传输信道。在这里涉及的实施方式中，重新将所有的IRT发送列表和接收列表发送到用户设备。这例如可以通过向有关用户设备发送包含有提供给该有关用户设备的新发送列表和接收列表的NRT数据电报来进行。
在步骤102中，将更改的配置数据输入到该用户设备的通信存储器中。这可以这样进行，即新的发送列表和接收列表存放在用户设备的通信存储器中而无需一开始就重写先前的发送列表和接收列表。由此可以保证首先不会因接收和存储更改的发送列表和接收列表而影响通信系统的运行。
在步骤103中，将从先前的发送列表和接收列表转换到新的发送列表和接收列表(即更改的配置数据)的转换时刻传送给用户设备。该转换时刻由每个用户设备存储，并与该用户设备的当前时间进行比较。只要达到该转换时刻，就将存放在该用户设备的通信存储器中的新的发送列表和接收列表用于IRT通信的继续运行。
图2示出了一用户设备的相应框图。用户设备200具有多个端口1至n，可以分别通过这些端口发送和接收数据电报。
此外，用户设备还具有用于存储配置数据的通信存储器202。在地址区域204中存放第一组配置数据。通信存储器202足够大，从而在地址区域206中可以存放第二组配置数据。
在本实施方式中，在用户设备200的通信存储器202中仅存放具体涉及该用户设备的配置数据，即用户设备200的端口1至n的发送列表和接收列表。
配置数据这样构成，即其包含用于每个端口1至n的发送列表和接收列表。这些列表成为有计划IRT通信的基础。发送列表给出了在确定时刻通过有关端口发送的数据电报，而接收列表则给出在确定时刻由用户设备200的确定端口接收的数据电报。无论是发送列表还是接收列表都在一个等时周期内一次性全部处理。
发送列表和接收列表的开始部分(即指向列表结构开始部分的有关进入地址)存放在列表208或210中。
在用户设备200的起始寄存器212中，进入地址A或B存放在通信存储器202的当前应当为IRT通信使用的地址区域204或206中。
此外，用户设备200还包含一应用程序214。该应用程序214用于将由用户设备200接收的新配置数据存储到通信存储器202中，并用于将接收的转换时刻存储到寄存器216中。应用程序214将寄存器216中存储的转换时刻与计时器218进行比较。计时器218为用户设备200提供等时的时间标准。
如果计时器218的值达到了转换时刻，则应用程序214用进入地址B重写起始寄存器。由此，使存储在地址区域204中的配置数据组无效而激活存储在地址区域206中的配置数据组，也就是说，在地址区域206内的配置数据组所包含的发送列表和接收列表将作为由用户设备200发出和向用户设备200发送的有计划的IRT通信的基础。
用户设备200是等时的周期性通信系统220的一部分，在该系统中具有一个或多个与用户设备200同类型的用户设备。此外，在通信系统220上还连接着一台配置主机222，通过该配置主机可以将更改的配置数据及其所属的转换时刻提供给通信系统220。
为了传送配置数据，在此利用了一个或多个通信周期的NRT部分。在这种情况下，可以在IRT通信允许的范围内对NRT部分的长度作相适应性调整。
图3对此作了说明。图3示出了等时的周期性通信系统的传输周期，即等时周期300。
等时周期300分为用于IRT通信的子周期302和用于NRT通信的子周期304。等时周期300涉及通信系统的一种状态，此时用户设备200(参见图2)处理地址区域204中的配置数据，即处理起始寄存器212中的进入地址A。
在上述情况下，更改的配置数据在等时周期300的子周期304内从配置主机222传送到通信系统220的用户设备200以及其他用户设备。为此，子周期304在等时周期300中的比重暂时增大，以提供较大的传输容量。与此相应，减小子周期302的长度。但是，这样一种减小子周期302的长度只有在实时通信需求允许时才可以，也就是说，只有当在减小的子周期302中也能完全处理发送列表和接收列表时才可以。
在传送更改的配置数据之后，接着又过渡到已在等时周期中达到的正常状态。在等时周期306中已完成更改的配置数据的传送；然后该应用程序214(参见图2)可以在转换时刻用进入地址B重写起始寄存器212，从而使更改的配置数据起作用。
相应地，将等时周期306分为用于IRT通信和用于NRT通信的子周期的划分与该通信的NRT部分中对传输容量提出较小的要求相适配，即加长子周期302，缩短子周期304。
作为一种替换方式，NRT子周期304的长度仅仅由IRT子周期302的长度来确定。于是，子周期304的长度由等时周期306和子周期302的长度之差来给出。子周期302的长度又通过在一个等时周期内处理发送列表和接收列表所需的时间确定。
由于发送列表和接收列表的内容(Umfang)可以改变，因此子周期302的长度也可改变，随之可以改变为子周期304留下的剩余长度。如果例如由进入地址A的配置数据转换到进入地址B，则子周期302如图3所示那样加长了，因为在该例中新配置数据的发送列表和接收列表比原先的发送列表和接收列表内容更多。
权利要求
1.一种用于运行等时的周期性通信系统的方法，其中一个通信周期(300，306)可以划分为用于实时通信的第一部分(302)和用于非实时通信的第二部分(304)，所述通信系统(220)具有用户设备(200)，每个用户设备都具有用于存储配置数据的存储器(202)，所述方法具有如下步骤-利用该实时通信的第一配置数据(A)运行所述通信系统，-在一个或多个通信周期的第二部分中传送该实时通信的第二配置数据(B)，-将第二配置数据存储到该用户设备的存储器中，-将转换时刻(216)传送给该用户设备，其中该转换时刻给出了从第一配置数据转换到第二配置数据的时刻。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述每个用户设备的配置数据包含有分配给该用户设备一个端口的发送列表和接收列表，一个发送列表列出在确定时刻待发送的数据电报，一个接收列表列出在确定时刻待接收的数据电报，将该配置数据中包含有供该用户设备使用的发送列表和接收列表的这一部分存储到该用户设备的存储器中。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，在一个用户设备中设置了一个具有指向存放在所述存储器中有效配置数据的进入地址(A，B)的起始寄存器(212)，在所述转换时刻重写该起始寄存器的值。
4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述配置数据和转换时刻由一个配置主机提供给所述通信系统。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述转换时刻借助广播数据电报传送给所述用户设备。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，为了传送所述第二配置数据，对所述将通信周期分为第一和第二部分的划分作适应性调整。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述转换在所述通信系统的运行期间完成。
8.一种数字存储介质，尤其是磁盘、CD-ROM或其它数据载体，具有用于运行等时的周期性通信系统(220)的程序模块，其中一个通信周期(300，306)可以分为用于实时通信的第一部分(302)和用于非实时通信的第二部分(304)，所述通信系统(220)具有用户设备(200)，每个用户设备都具有用于存储配置数据的存储器(202)，所述程序模块进行如下步骤-在一个或多个通信周期的第二部分中接收实时通信的配置数据，-将该配置数据存储到该有关用户设备的存储器中，-接收向所接收的配置数据进行转换的转换时刻。
9.按照权利要求8所述的数字存储介质，其中，所述配置数据包含有分配给一个用户设备的发送列表和接收列表，一个发送列表列出在一确定时刻待发送的数据电报，一个接收列表列出在一确定时刻待接收的数据电报，以及所述程序模块构造成用于为有关用户设备存储发送列表和接收列表。
10.按照权利要求8或9所述的数字存储介质，其中，所述程序模块构造成利用一个指向该存储器中用于转换的进入地址(A，B)重写起始寄存器。
11.按照权利要求8、9或10中任一项所述的数字存储介质，其中，所述程序模块构造成利用广播数据电报接收所述转换时刻。
12.一种等时的周期性通信系统(220)中的用户设备，其中一个通信周期(300，306)可以划分为用于实时通信的第一部分(302)和用于非实时通信的第二部分(304)，该用户设备具有-用于存储实时通信的第一和第二配置数据的存储器(202)，-用于在一个或多个通信周期的第二部分中接收第二配置数据的装置(214)，-用于将该第二配置数据存储到所述存储器中的装置(214)，-用于接收从第一配置数据转换到第二配置数据的转换时刻的装置(214)。
13.按照权利要求12所述的用户设备，其中，所述配置数据是发送列表和接收列表，一个发送列表列出在确定时刻待发送的数据电报，一个接收列表列出在确定时刻待接收的数据电报。
14.按照权利要求12或13所述的用户设备，具有用于存储指向第一或第二配置数据的进入地址的起始存储器，并具有用于在所述转换时刻重写该起始寄存器以便将所述第一配置数据转换为所述第二配置数据的装置。
15.一种等时的周期性通信系统，其中一个通信周期(300，306)可以划分为用于实时通信的第一部分(302)和用于非实时通信的第二部分(304)，该通信系统具有多个如上述权利要求12至14中任一项所述的用户设备以及一个用于提供第二配置数据和转换时刻的配置主机。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行等时的周期性通信系统的方法，其中一个通信周期(300，306)可以分为用于实时通信的第一部分(302)和用于非实时通信的第二部分(304)，所述通信系统(220)具有用户设备(200)，每个用户设备都具有用于存储配置数据的存储器(202)，所述方法具有如下步骤利用该实时通信的第一配置数据(A)运行所述通信系统；在一个或多个通信周期的第二部分中传送该实时通信的第二配置数据(B)；将第二配置数据存储到该用户设备的存储器中；将转换时刻(216)传送给该用户设备，其中该转换时刻给出了从第一配置数据转换到第二配置数据的时刻。
文档编号H04L12/64GK1559126SQ02818982
公开日2004年12月29日 申请日期2002年9月13日 优先权日2001年9月26日
发明者迪特尔·布鲁克纳, 弗朗兹-约瑟夫·戈茨, 迪特尔·克洛茨, 于尔根·希莫, 克洛茨, 希莫, -约瑟夫 戈茨, 迪特尔 布鲁克纳 申请人:西门子公司