63 / 84
63
IIE |
software
EMBEDDED
58 • NOVEMBRE • 2015
molteplici. La prima riguarda la capacità di
operare in tempo reale: a seconda del protocollo
e dell’applicazione, sono possibili tempi di ciclo
di durata inferiore a 31,25 μs. Per ottenere va-
lori analoghi utilizzando un sistema ethernet a
100 MBit/s, soluzione adottata dalla stragrande
maggioranza dei protocolli ethernet industriali,
si rendono necessarie diverse modifiche all’har-
dware e al protocollo ethernet stesso. Inoltre, i
requisiti di qualità costante dei tempi di ciclo
sono estremamente elevati. Le oscillazioni nel
tempo di ciclo, anche note come “jitter” o insta-
bilità, devono essere ridotte al minimo e questo
risultato non è raggiungibile efficacemente sen-
za assoggettare la comunicazione a criteri di pri-
orità.
Uno sguardo all’architettura software rivela che
anch’essa deve rispondere a requisiti specifici per
poter assicurare le elevate prestazioni in tempo
reale dell’applicazione. I sistemi operativi tradi-
zionali si basano su una stratificazione orizzon-
tale, a fronte dell’applicazione che tende invece
a richiedere un accesso verticale ai dati in tempo
reale. L’assenza di un’architettura di questo tipo
dà origine a instabilità causate dalle variazioni
di task e della comunicazione interprocesso che
avviene in ciascuno degli strati orizzontali.
La tecnologia PriorityChannelTM di Innovasic
ha già indicato la strada da seguire esattamente
sotto questi due aspetti, ossia la prioritizzazione
e l’architettura software. Gli attuali dispositivi
di campo si sono rivelati estremamente validi
sia nel test di carico ODVA sia nella prova PI
SecurityTester Level 1 con l’utilizzo di Priority-
ChannelTM, il che trova riscontro nella certifi-
cazione CLASS III rilasciata da SecurityTester
Level1 (CLASS III rappresenta allo stato attuale
la più alta classe prestazionale definita da Secu-
rityTester). In particolare, tali prestazioni sono
rese possibili dall’interazione tra la corretta as-
segnazione delle priorità a livello di hardware e
software e dalla scelta di un’adeguata architet-
tura software.
Alcuni protocolli, in particolare PROFINET e
EtherNet/IP, utilizzano ulteriori protocolli ausi-
liari, ad esempio per supportare il funzionamen-
to delle topologie ad anello. Questo è necessario
per far sì che i pacchetti non circolino all’interno
dell’anello in un loop infinito, rendendo possibile
l ’ i nt e r ruz i o -
ne dell’anello.
P R O F I N E T
risolve
l’in-
c onv en i en t e
u t i l i z z a n d o
MRP/MRPD,
mentre Ether-
Net/IP utilizza
DLR. Spesso
la
soluzione
non viene tro-
vata attraverso l’implementazione di un unico
protocollo. Ciò comporta il ricorso a protocolli
standard che richiedono anch’essi una forma di
supporto, ad esempio HTTP per il server Web
incorporato, e, in particolare, i protocolli di ge-
stione di rete, quali ARP, DHCP, SNMP o LLDP.
Le soluzioni a due porte con uno switch locale
rappresentano attualmente lo standard di fatto
per l’ethernet industriale. Solo questo consente
l’implementazione delle topologie più apprezza-
te, quali l’anello e, soprattutto, la diffusissima
rete lineare. Tuttavia, i tradizionali switch ba-
sati sul sistema archivia e inoltra non sono con-
sigliabili se le linee o gli anelli presentano un
numero elevato di nodi e tempi di ciclo rapidi.
Questi potrebbero infatti causare ritardi a cau-
sa dell’archiviazione temporanea dei pacchetti e,
di conseguenza, il rapido superamento dei tempi
di ciclo impostati. Una soluzione più moderna
deve prevedere l’impiego di uno switch di tipo
cut-through, in grado di inoltrare i pacchetti con
un ritardo minimo. Un esempio di questo tipo di
switch “cut-through” è fido2100 di Innovasic.
La sincronizzazione dei clock locali basati su
IEEE1588 è particolarmente importante per
PROFINET IRT. Il traffico PROFINET IRT (si-
gla per “isochronous real-time”, isocrono in tem-
po reale) segue un programma temporizzato im-
postato ad alta precisione. È questo programma
a stabilire quando i pacchetti in tempo reale con
la massima priorità vengono trasferiti tramite
ethernet e quando il traffico ethernet standard
può accedere al cavo. Il sistema PROFINET
può utilizzare i clock IEEE anche per calcolare
la lunghezza della linea tra un nodo e l’altro. I
tempi così calcolati possono essere integrati nel
programma per garantire un utilizzo del mezzo
Fig. 1 – Fifo1100 è un con-
troller esplicitamente ideato
per garantire una comunica-
zione flessibile e un’elaborazio-
ne deterministica