1. 导言
《用于工业丈量与操控体系的EPA体系结构与通讯规范》(以下简称EPA)是根据工业以太网的实时通讯规范，它有效地处理了以太网通讯确实定性通讯问题，从而能够运用于多种工业范畴，构成各种工业丈量与操控体系。该规范将收录在拟定中的实时以太网国际规范IEC61784-2中，成为我国首例具有自主知识产权的现场总线规范;开发和完结EPA通讯协议是运用EPA体系的根底和条件。
μC/OS-II是一种占先机制的实时多使命嵌入式操作体系，具有源码揭露、可移植、可固化、可裁剪等特色，现已得到广泛的运用。相关于同为源码揭露的μClinux，它具有内核小、实时性高级特色，更适合于操控运用。μC/OS-II作为EPA通讯协议的完结渠道，能够较大的进步体系资源运用率，运用优先级区分取得较好的实时呼应功用，其使命间多种通讯办法有助于完结各实体协议状态机。
2. EPA通讯协议与模型
EPA体系选用ISO/OSI开放体系互连模型(ISO 7498)的榜首、二、三、四和七层，并添加用户层。体系中除了选用一般以太网协议组件外，有些层添加了部分实体，以习惯EPA通讯的需求：
添加的用户层包含EPA功用块运用进程与非实时运用进程。运用层添加了由EPA体系办理实体、EPA运用拜访实体和EPA套接字映射实体组成的EPA协议，三个实体别离完结EPA设备办理、运用通讯服务、运用层与UDP/IP软件实体之间的映射接口和报文优先发送办理、报文封装、呼应信息回来、链路情况监督等功用。在MAC层和IP层之间添加EPA通讯调度办理实体，对EPA设备向网络上发送的报文进行调度办理。调度战略选用分时发送机制，将报文分为周期报文和非周期报文，按预先组态的调度计划，在相应的时刻段内发送，以防止磕碰。各设备网络时刻由时刻同步组件保护其一致性。EPA办理信息库为各层协议实体供给操作所需信息，包含设备描述目标，链接目标等。
依照EPA通讯协议，每个EPA设备由至少一个功用块实例、EPA运用拜访实体、EPA体系办理实体、EPA套接字映射实体、EPA链接目标、通讯调度办理实体以及UDP/IP协议等几个部分组成。各个实体和目标经过相互调用，协同完结设备间通讯进程如图1示：
3. 完结渠道
本文完结EPA通讯协议的硬件结构如图2所示，通讯卡CPU为RABBIT2000微处理器，它是Rabbit半导体公司所出产的8位微处理器，作业主频22.1MHZ，作业电压5V，具有40个通用I/O引脚。内建日历、时钟、看门狗、定时器、多级中止、双DMA通道，数据存储为128K静态存储器和 256K 动态存储器，可外扩4～8MB FLASH，关于通讯协议栈和小型操控运用，其存储空间是满意的。
由zworld公司供给的根据Dynamic C的软件开发渠道集编程、编译、链接、调试、下载于一体，供给完善的TCP/IP协议栈，支撑全功用RS232/485通讯，装备了各种I/O驱动函数库;文件办理体系可在FLASH或SRAM上树立数据文件，便于存储体系或用户数据;开源的协议库不光缩短了软件开发周期，并且便于修正以更好的完结EPA通讯协议。
通讯卡经过以太网模块接口与EPA网络相连，经过串口RS-232与电动执行器衔接构成一个底层IO设备，挂接在EPA网络进步行测验。
RABBIT2000支撑协作式(运用costate)和占先式(移植μC/OS-II)多使命形式，挑选占先式形式根据以下两点考虑：
(1)关于EPA设备来说，体系实时性是一个很重要的目标，表现在经过组态后功用块模块的执行时刻精度、通讯调度发送周期性报文的时刻精度，以及时钟同步的精度，并且这几个参数在很大程度上影响了网络带宽运用率。μC/OS-II具有使命执行时刻的可确定性，能够很好的满意体系的实时性要求。
(2)EPA设备能够直接在通讯卡的接口进步一步开发完结，一起需求添加用户层使命进程，而RABBIT2000是8位微处理器，资源比较有限，因而根据使命可扩展性考虑，也应该选用占先式使命调度方法。
4. 软件规划与完结
4.1 通讯协议的模块化规划
从数据处理角度上看，EPA设备通讯是对操控进程所需求数据进行处理和经过EPA网络传输的进程，发送方从上到下各层顺次对运用进程或许办理服务数据进行处理和封装，接纳方则进行解包和处理，将服务数据交给运用进程。因而，协议软件规划首要是体系各模块对服务数据的处理程序的规划。EPA通讯卡的功用首要包含体系办理、运用服务、时钟同步、实时调度等。需求编写的功用模块有EPA服务栈模块、套接字映射模块、时刻同步模块、通讯调度模块。
(1)EPA服务栈模块：体系办理服务包含设备查询、设备声明等服务，运用拜访服务包含域操作服务、事情操作服务、变量操作服务，各种服务对相应的服务报文进行处理。 以域下载服务为例阐明服务栈的完结流程如图3示。
(2)EPA套接字映射模块：对服务栈数据进行封装，并作为与UDP层之间的数据接口，其接口函数包含创立与封闭EPA套接字函数、发送运用服务报文与呼应报文函数，发送体系办理报文与呼应报文函数，从UDP层接纳运用服务与体系办理报文函数等。EPA套接字开UDP套接字的完结句子如下：
if(!udp_open(gEPA_AP_Sock, EPA_AP_PORT, -1, EPA_AP_PORT, NULL))
SockErr=1;
else SockErr=0;
(3)时钟同步服务的完结选用IEEE 1588准确时钟同步协议，该协议用于分布式体系中的设备经过以太网的亚微秒级时钟同步。设备与主时钟经过交流同步报文而完结同步，同步报文分为同步信息(Sync)、附加信息(Follow_Up)、延时恳求(Delay_Req)、延时呼应(Delay_Rsp)四种报文。同步进程分两个阶段，榜首阶段经过Sync和Follow_Up报文丈量时刻误差，第二个阶段经过Delay_Req和Delay_Rsp丈量推迟(网络推迟和协议栈推迟)，进一步校对误差。为了进一步削减协议栈带来的推迟，能够让时刻同步服务尽量挨近物理层，这儿经过修正TCP/IP库文件完结。
