Einsatz von FPGAs für die Ethernet-Echtzeitkommunikation am Beispiel von Powerlink

Abstract:
Industrielle Kommunikationssysteme befinden sich in der Umstellung von klassischen Feldbussen auf Echtzeit-Ethernetsysteme. Aufgrund der nicht deterministischen Arbitrierung ist Ethernet jedoch grundsätzlich nicht echtzeitfähig. Um dennoch eine vorhersagbare Kommunikation zu ermöglichen, sind Echtzeiterweiterungen des IEEE Standards notwendig. Bezogen auf das OSI Referenzmodell bedeutet dies eine Modifikation des Data-Link-Layers und der darüber liegenden Schichten. Einige Ethernet-Echtzeitsysteme ersetzen die klassische Bustopologie durch eine Ringstruktur. Darauf aufbauend definieren sie proprietäre Methoden für die Nutzung und die Arbitrierung des Mediums. Im Gegensatz dazu nutzt Powerlink die herkömmliche Ethernet-Topologie bestehend aus Stern-, Baum- und Linienverdrahtung. Dies ermöglicht im Besonderen den direkten Querverkehr zwischen interagierenden Teilnehmern. Weiterhin setzt Powerlink – einschließlich der physikalischen und der MAC-Teilschicht – auf standardisierte Ethernetkomponenten und erweitert diese um einen Powerlink spezifischen Protokollstack, der das Echtzeitverhalten sicherstellt.