机车网络控制基础课件：ARCNET网络

机车网络控制

复习：列车通信网络标准第一节列车通信网络概述

第二节列车通信网络TCN△一、TCN的内容及适用范围二、TCN的网络拓扑结构三、TCN的网络体系结构四、MVB总线五、WTB总线

【主要内容】（本节课）第三节ARCNET网络

令牌总线简介ARCNET协议ARCNET帧的类型及其结构ARCNET的工作机制ARCNET网络的性能分析第三节ARCNET网络是一种基于令牌传递协议的现场总线。1977年由美国的Datapoint公司制定，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA878.1。曾普遍用于办公室自动化，经过优化，逐渐演进成了一种嵌入式网络技术，广泛运用于工业控制领域、智能楼宇、交通运输、机器人及电子游戏等领域。是什么样的体系构架和工作特点使ARCNET成为一种理想的现场总线并成功应用于列车网络控制?一、

令牌总线简介1、令牌总线原理IEEE802.4标准是令牌总线介质访问方法和协议标准。令牌总线的物理连接一般采用总线拓扑和半双工的通信方式，令牌顺着逻辑环路来传递。每个节点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本节点在环路中的前继、后继和本节点的地址。一、

令牌总线简介1、令牌总线原理这种结构又叫做逻辑环网。网上只允许有一个令牌，就避免了发送时的竞争现象。一个站点要发送数据必须持有令牌，持有令牌的站发完数据帧或发送的数据帧到达规定的个数，必须将发送控制权传送给逻辑环的下游站。一、令牌总线简介2、令牌总线的特点：同一时刻，总线上只有一个数据帧在传输，也即只有一个节点在传输数据；总线上所有节点共享网络带宽；有最小的传输延迟时间。逻辑环网与物理环网相对比，由于物理环网传送数据必须按环路进行，而逻辑环网传送数据有直接通路，所以逻辑环网延迟时间最短。数据从一个节点传到另一个节点的时间是可计算的，可用于实时控制。

二、ARCNET协议

ARCNET定义了ISO/OSI七层参考模型当中的数据链路层和物理层，并开放底层接口，允许用户自行开发嵌入式设备。在物理层，可使用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤。ARCNET的数据传输速率为2.5Mbit/s，最大传输距离可达6.4km；新型的ARCNETplus速率已从原来的2.5Mbit/s增加到100Mbit/s（使用光纤时）在数据链路层，采用令牌传递(TokenPassing)实现介质访问。ARCNET网具有效率高、节点进退网操作比较简单、实时性好等特点，用它作为列车通信网中的列车总线能够满足列车的特殊要求。三、ARCNET帧的类型及其结构邀请发送（ITT）令牌帧空闲缓冲器询问（FBE）帧ACK(确认)帧NAK(否认)帧PAC数据帧1.ARCNET帧不管是哪种帧都由ALERT引导2.（a）所示为邀请发送（ITT）令牌帧。它总是传递给它的后继工作站。

EOT是ASCII码中的传输结束控制符。后跟的两个字节都是DID（终点标识符），即后继工作站的地址。重复使用DID的目的是增加可靠性。（b）是空闲缓冲器询问（FBE）帧。ENQ是ASCII字符集中的询问字符。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。（c）是ACK（确认）帧，由ALERT和ACK组成。ACK是ASCII字符集中的确认字符当响应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。（d）是NAK（否认）帧。NAK是ASCII字符集中的否认字符。当响应FBE帧而发送NAK时，表示接收工作站不具有可供使用的缓冲空间。NAK帧也没有DID字段，其原因与ACK帧相同。（e）PAC帧，即数据帧。帧中SOH（标题开始）是ASCⅡ字符集中的标题开始字符。SID（源点ID）和DID（终点ID）表示源点和终点工作站的地址。CP（连续指针）字段指示工作站在存储器中找到的传输数据的起点。数据字段DATA具有可变长度，处于1字节和508字节之间，用以携带用户数据。2字节的CRC字段由发送站添加，用来保护DATA字段。四、ARCNET的工作机制ARCNET的地址由8bit组成，其中地址0作为广播地址。因此ARCNET上最多可以容纳255个节点。ARCNETLAN节点之间的数据传输像总线型ＬＡＮ一样是广播式的，但对总线的访问决定于令牌。表5.4工作站的前驱站和后继站地址工作站地址前驱工作站地址（p）后继工作站地址（s）8255156156820020015625525520081.逻辑环的建立①前提：在启动时，首先要构成逻辑次序，即逻辑环，每个站都不断跟踪保持其前驱工作站和后继工作站的站标识。②设置后继者与超时值：每个工作站将其自身的后继者（NID）设置为自身站地址（ID）加1，并按下述公式设置超时值。TimeOut=146×（255-ID）µs③找到后继者：具有最大地址值的工作站首先超时，于是它创建ITT帧，并将该令牌帧发送给它的后继站。如果在74µs后没有响应，最大地址值的工作站便认为具有后继NID地址的站不存在，随后便将NID值增加1，再次发送DID为新值的ITT。这种过程重复直至该最大地址值的工作站找到自己的后继者为止。

1.逻辑环的建立④重复找下一个后继者：被找到的后继工作站像前驱工作站一样，重复此过程。⑤开始令牌传递：一旦找到所有活动工作站，正常的令牌传递操作便可开始。配置时间在24到61us范围,取决于活动站的数目和工作站地址的值。⑥建议：为使TimeOut初始值为0和将配置时间减至最小,建议将ARCNET一个工作站的地址设置为255。设置后继者与超时值找到后继者重复找下一个后继者开始令牌传递ARCNET局域网的数据传输速率为156.25K～10Mbps（比特每秒），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长度为253字节，长帧模式用户数据的最大长度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2KRAM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2KRAM中的存放格式。2.帧的发送与接收

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。源节点CPU将用户数据写入协议控制器的内部RAM并接收令牌(ITT)向目的节点发送空闲缓存查询帧FBE目的节点回答确认帧ACK/否认帧NAK源节点向目的节点发送数据帧PAC目的节点回送一个ACK帧2.帧的发送与接收

2.帧的发送与接收（156向255发送数据包）重新配置是ARCNET网络中难以避免的事情。因为故障破坏了令牌的正确传递,或者在令牌传递环上增加或去掉工作站，网络都必须进行重新配置。当一个节点加电或840ms（2.5Mbps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。