系統(tǒng)可靠性分析 - Linux和S3C2410的PROFIBUS-DP主站平臺設(shè)計

　　軟件的穩(wěn)定性和抗干擾性是衡量系統(tǒng)可靠性的重要指標。本主站在軟件實現(xiàn)中所采取的保證可靠性措施主要有防錯設(shè)計、糾錯設(shè)計、故障恢復(fù)設(shè)計等。

　　防錯設(shè)計：主要體現(xiàn)在系統(tǒng)程序自檢技術(shù)及數(shù)據(jù)封裝方面。系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中采用分層結(jié)構(gòu)，與硬件操作相關(guān)的層的通信采用單獨通信模塊完成，這些層次之間通過層間接口進行通信，層間接口在設(shè)計過程中對輸入的參數(shù)全部進行有效性檢查(指針有效性、數(shù)值有效性、邏輯有效性檢查等)。在數(shù)據(jù)封裝方面，對與上位機通信和DP網(wǎng)絡(luò)通信兩個子系統(tǒng)分別進行編程，分別提供各個子系統(tǒng)的私有數(shù)據(jù)，私有數(shù)據(jù)供模塊內(nèi)部調(diào)用，并提供模塊間訪問接口實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的共享，這樣便可以防止出現(xiàn)模塊間數(shù)據(jù)重名以及編程過程中誤修改產(chǎn)生的問題。

　　糾錯設(shè)計：網(wǎng)關(guān)通信過程中不管是和上位機的通信還是DP網(wǎng)絡(luò)的通信，采用的都是半雙工的RS485通信。相關(guān)通信能否順利進行，取決于數(shù)據(jù)的正確性和時間兩個方面。無論是與上位機通信，還是DP網(wǎng)絡(luò)的通信，每次對于傳輸進來的數(shù)據(jù)都有專門的數(shù)據(jù)校驗?zāi)K進行校驗，這就避免了在數(shù)據(jù)有誤的情況下仍然進行通信。同時，針對接收超時等問題，也有專門的模塊進行處理。

　　故障恢復(fù)設(shè)計：采用看門狗技術(shù)。系統(tǒng)軟件在運行過程中開啟硬件看門狗，軟件必須在一定的時間內(nèi)“喂狗”，否則就會導致看門狗對系統(tǒng)的復(fù)位。這樣防止了因程序跑飛而導致無法恢復(fù)的錯誤。

　　5 系統(tǒng)實時性

　　PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線作為應(yīng)用在設(shè)備的公共總線，必須解決各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)競爭問題，同時保證通信的實時性。PORFIBUS—DP系統(tǒng)的實時響應(yīng)時間依賴于max TSDR、采用的傳輸速率、要交換的數(shù)據(jù)長度和數(shù)量、min_slave_Interval(某一個從站前后2次被主站輪詢的最小間隔時間)4個參數(shù)。系統(tǒng)的測控周期(又稱訪問周期)是指控制系統(tǒng)周期性訪問網(wǎng)絡(luò)上同一個節(jié)點的時間間隔，是衡量PORFIBUS—DP實時性能的一個重要指標。

　　一次典型的主從數(shù)據(jù)交換過程如圖4所示。

　　其中，Tbit表示在總線上傳輸1位所耗用的時間，是其他時間參數(shù)的計量單位。由于PROFIBUS—DP采用UART編碼方式，每個字符由11位組成，所以傳輸一個字符需要11Tbit。

　　TID1定義了一個發(fā)送節(jié)點在獲得相應(yīng)信號后的再次發(fā)送下一個信息幀所需的最短時間。

　　從圖4可知，一個報文循環(huán)由主動幀(請求或發(fā)送/請求幀)和回答幀組成。循環(huán)時間由幀傳輸時間、傳輸延遲時間和站延遲時間組成。

　　其中：TReq=a×11Tbit，a為請求/發(fā)送幀中的字符個數(shù);TRes=b×11Tbit，b為應(yīng)答幀中的字符個數(shù);TAsk=1×11Tbit，短應(yīng)答幀;TS-DR為站延遲時間，指接收方從接到請求到產(chǎn)生響應(yīng)數(shù)據(jù)的時間間隔;TTD為傳輸間隔時間，指一個幀在傳輸時在發(fā)送器和接收器之間的傳輸介質(zhì)上經(jīng)過的最大時間。

　　本硬件平臺中PROFIBUS—DP總線傳輸速率設(shè)置為9.6 kbps，由于是近距離傳輸，所以TTD=OTbit，Tsdr=11Tbit，TID1=37Tbit，和主站通信的從站最多有244個數(shù)據(jù)(根據(jù)：PROFIBUS—DP協(xié)議規(guī)定)輸入/輸出，請求幀中有11個字符數(shù)據(jù)，則報文循環(huán)時間最長為：

　　可見，在傳輸速率為9.6 kbps的情況下，一次報文循環(huán)的最長時間為297.3ms;從上面這些參數(shù)中可以發(fā)現(xiàn)，只有TID1能夠由主站平臺的性能決定，普通的MPU調(diào)度所需時間為24.66μs。而在移植Linux操作系統(tǒng)后，由于采用的2.6版本的Linux操作系統(tǒng)使用了新的0(1)的調(diào)度算法，大大提高了進程調(diào)度能力，同時對于多從站的通信的任務(wù)能進行很好的管理和調(diào)度，大大增強了主站平臺的功能。

　　6 主站平臺性能分析及調(diào)試

　　PROFIBUS—DP主站的主從通信性能主要體現(xiàn)在主從通信速度的快慢和支持的從站數(shù)目上。由于本實驗室的從站數(shù)目有限，搭建的測試平臺目前只有3個PROFIBUS—DP從站(ET200S、MM420和自主設(shè)計的從站)，如圖5所示。

　　本次測試的傳輸速率選定為9.6 kbps，同時對3個從站進行組態(tài)，分別測試移植Linux操作系統(tǒng)前主站從接收到數(shù)據(jù)到有數(shù)據(jù)發(fā)出之間的時間ttop，到移植Linux操作系統(tǒng)后主站的響應(yīng)時間tend;通過實驗，從示波器上的測試的圖形可以看出ttop的寬度是大于tend的寬度的，具體測量后可知無操作系統(tǒng)下ttop≈4 015.4μs，Linux操作系統(tǒng)tend≈70μs?？梢娨浦?a href="http://www.ttokpm.com/plus/search.php?kwtype=0&searchtype=title&typeid=&q=Linux" target="_blank">Linux操作系統(tǒng)后能使主站的響應(yīng)時間大大縮短，提高對從站的管理效率。