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近年来,随着通信技术、以太网技术的迅速发展,工业以太网已经成为工业自动化控制领域一个新的研究热点。在控制网络中,现场设备的确定性通信与实时性同等重要,而确定性调度技术是EPA协议的核心技术之一。因此,EPA确定性调度的性能至关重要,关系到整个EPA网络的可靠有序的运行。
本文简要介绍了工业以太网和几种国内外确定性调度的研究现状。在基于深入研究EPA标准及确定性通信调度特点的基础上,分析了各种边界条件对EPA通信调度的影响,如EPA网络时延、实时性问题等,以及目前通信调度实现过程中存在的报文缓冲区利用率低、消耗大量系统资源和非周期低优先级报文较大传输延迟等问题。
鉴于以上情况,提出了相应的改进方法来改善通信调度的可靠性和稳定性。特别是针对基于EPA固定优先级机制的非周期低优先级报文,可能出现传输延迟很大的问题,提出了一种动态优先级调度策略。该策略结合改进的PQ队列调度算法形成了动态优先级调度算法,使非周期报文的优先级别在传输过程中随着时间而变化,并且随着等待时间的增长,优先级别也随之提高,这样等待时间较长的低优先级别的非周期报文,总会因其优先级别不断提高而被调度传输,从而解决了非周期报文较大的传输延迟问题。与此同时,利用改进的PQ队列将报文分类存储在不同优先级队列内,节约内存资源,提高数据缓冲区利用率。然后,基于改进的优先级调度策略,设计了通信调度控制算法,在通信宏周期T内控制周期报文和非周期报文的发送,同时通过减少非周期结束声明报文的发送量,为非周期数据发送阶段提供更多的剩余时间供非周期报文的发送使用,提高资源利用率。最后,将上述改进后的EPA通信调度在ARM7平台上实现,进行性能测试与分析,并应用在设备中。