1.总体介绍

Powerlink 是一种基于IEEE802.3的纯软件方案，100%与IEEE802.3以太网保持一致。但是它在不同的层次都有自己的定义，并很好地与IP，TCP，UDP等进行了适当的结合。

在数据链路层（DLL层）作了分时管理的定义，同时在网络层和应用层的限制性的定义。Powerlink的一些应用数据可以使用IP协议进行传输。同时IP数据在异步阶段传输。Powerlink在应用层使用CanOpen协议。

Powerlink定义了自己的路由管理机制，可以完成powerlink网段之间的互连，并可连接到外部网络，有利于用户对网络进行实时监控等。

数据链路层定义

Powerlink在DLL层（数据链路层）有两种工作模式，一是powerlink模式，二是Ethernet模式。模式选择可以在配置时决定。使用ethernet模式，则与以太网的工作方式完全一致。以下主要讲在powerlink下的工作模式。

在以太网的协议基础之上，增加了MN管理者（Managing Node），通过它对网络的控制，把网络的传输过程分成一个个时间段作为网络周期。每一个周期内又分成“同步阶段”和“异步阶段”。两个阶段的开始与结束都是由MN向其它节点发送控制帧（SOC，SOA）来完成的。同步阶段完成一些数据量小，时间要求高的数据传输。异步阶段完成IP，TCP，UDP和数据量大，时间要求不高的数据传输。

Powerlink 周期

Powerlink组网完成之后，MN管理者控制网络周期，每个周期被分成“同步阶段”和“异步阶段”。同上图。在同步阶段，每个周期，powerlink网络采用混合轮询和时间槽，每一个节点CN(Control Node)发送数据的时间，时机都确定，由管理节点MN决定。

同步阶段

POWERLINK网络中有一个MN管理者，它在每一个周期开始时，广播发送SOC帧，每个CN接收到SOC后，进入“同步阶段”。MN发送PREQ（request请求帧）帧，此帧为单播帧。接收到此帧的CN以广播或是组播地方式发送PRES帧（回复帧）。

直接交叉通信

CN通过这种组播的方式向其它的CN传输数据。这样数据不用通过MN节点，这种方式称

为直接交叉通信。直接交叉通信对于安全组件是一个基本的先决条件，好处在于时间被节省，简化了系统，并且减少了控制任务，这使得可以在很多领域使用更经济的控制器。

多路复用

由于不是所有的控制节点需要在每个循环里被轮询，所以可以允许多个节点在不同的周期内使用同一个时间槽。如上图前一周期的cn3和后一个周期的cn5。

异步阶段

CN节点在同步阶段，利用PRES帧的“PR”和“RS ”字段告诉MN节点，在异步阶段待发送数据的优先级和数量。在MN节点中有一个管理机制“Manger Async Scheduler”，由它来决定本周期由哪一个节点在异步阶段传输数据。并在异步阶段的开始帧SOA中使用“RequestedServiceID”和“RequestedServiceTarget”向CN节点们通知本周期要求的是哪一个服务，以及提供服务的CN节点。

DDL数据帧形式

Powerlink数据帧在数据链路层上的形式如上图。Ethernet powerlink数据被嵌入到通用的Ethernet帧中。并使用专门的EtherType值（88ABh）。

同时powerlink内部也有MessageType，Destination，Source等控制字段。其中Destination，Source表示每一个设备的ID，最大为255，由于一些特殊设备占用了一些固定值，一个powerlink网络的最大ID号为240，ID为240的设备为MN节点。1-239为CN节点，255表示广播帧。

帧	发送者	接收者	传输类型	作用
SOC	MN	所有CN	广播	通知所有CN，同步阶段开始。
Preq	MN	一CN	单播	通知一CN，要求其回复Pres；并向其发送应用信息。
Pres	CN	MN和一组CN	组播	通知MN，自己的MNT状态。通知MN，自己在异步阶段的发送请求。向其它CN，发送应用数据。
SOA	MN	所有CN	广播	告诉CN，同步阶段结束，异步阶段开始。向所有CN，通知自己的MNT状态。通知一个CN，它可以在此异步阶段，发送Asnd数据帧。
Asnd	CN	所有节点	广播	CN节点发送应用数据，或是IP，TCP，UDP数据包。

网络层定义

在powerlink的异步阶段，对IP层进行了很好的支持，在这里介绍powerlink的应用层是如何使用IP层来传输powerlink数据的。使用IP协议，可以把powerlink的数据转发到工厂的办公网络中，甚至是internet，可以实现对工厂设备的远程控制。

Powerlink的IP地址

一个powerlink网可是通过专用的路由器与其它powerlink网连接起来，但每一个powerlink网络的IP地址的定义都是一样的。使用C类的私有地址192.168.100.x网段，每一个节点的powerlink的ID就是每个节点的IP地址的最低字节。如MN的IP地址一定是192.168.100.240。

子网掩码为255.255.255.0；网关IP为192.168.100.254。

Powerlink数据嵌入UDP

Powerlink在UDP帧中的各个字段的含义与在以太网帧的含义是一样的。

Powerlink Router

Powerlink的路由器可以允许powerlink网间的IP通信，以及powerlink网与以太网之间的IP通信。

Powerlink路由器的核心任务：

诊断、远程维护、监控。

软件下载。

配置网络。

信息安全防护。

SDO通信。

网络地址转换（NAT）。

Powerlink路由器的工作模型。完成powerlink数据形式到ethernet数据形式的转化。

NAT工作模型图

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