现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III_（18）.SercosIII的数据传输与实时性能.docx

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SercosIII的数据传输与实时性能

数据传输原理

SercosIII（SerialReal-timeCommunicationSystem）是一种高性能的现场总线系统，广泛应用于工业自动化领域，特别是对实时性能要求极高的场合。SercosIII的数据传输基于以太网技术，采用了时间分割多路复用（TDM）和循环冗余校验（CRC）等机制，确保了数据传输的高效性和可靠性。

1.以太网基础

SercosIII使用标准的以太网物理层，但采用了专有的协议层来实现实时数据传输。以太网是一种广泛使用的局域网技术，具有以下特点：

高速传输：以太网支持从10Mbps到100Gbps的传输速率。

广泛兼容：以太网设备和网络基础设施非常普及，易于集成。

开放标准：以太网是一种开放标准，所有设备制造商都可以遵循该标准生产设备。

2.时间分割多路复用（TDM）

SercosIII通过时间分割多路复用（TDM）技术来实现数据的高效传输。TDM将一个周期时间分割成多个时隙，每个时隙用于传输特定类型的数据。这种方式确保了不同类型的通信需求可以在同一个周期内得到满足，而不会互相干扰。

TDM周期结构

一个典型的SercosIIITDM周期包括以下几个阶段：

启动阶段：周期开始时，主设备发送一个启动帧，通知从设备开始新的周期。

数据传输阶段：主设备依次发送数据帧，每个数据帧包含了特定从设备的数据。

同步阶段：主设备发送同步帧，确保所有从设备的时钟同步。

诊断和维护阶段：主设备发送诊断和维护帧，用于检查从设备的状态和进行必要的维护操作。

3.循环冗余校验（CRC）

为了保证数据传输的可靠性，SercosIII采用循环冗余校验（CRC）技术。CRC是一种检错码，通过在数据帧中添加一个校验码，接收设备可以检测到传输过程中可能发生的错误。

CRC计算

CRC的计算通常使用多项式算法。例如，SercosIII使用CRC-16-CCITT多项式：

defcrc16_ccitt(data):

计算CRC-16-CCITT校验码

:paramdata:输入数据（字节列表）

:return:CRC-16-CCITT校验码

POLY=0x1021#CRC-16-CCITT多项式

crc=0xFFFF#初始CRC值

forbyteindata:

crc^=(byte8)

for_inrange(8):

ifcrc0x8000:

crc=(crc1)^POLY

else:

crc=1

crc=0xFFFF#保持16位

returncrc

4.实时性能

SercosIII的实时性能主要通过以下几个方面来实现：

确定性通信：SercosIII通过TDM技术确保每个从设备在每个周期内的通信时间是确定的，不会受到其他设备的影响。

低延迟：数据传输的延迟时间非常短，通常在微秒级。

高带宽：支持100Mbps的传输速率，可以传输大量的数据。

冗余机制：通过双环路设计，确保在网络故障时仍能保持通信的可靠性。

确定性通信示例

以下是一个简单的Python示例，模拟SercosIII的确定性通信过程：

classSercosIII:

def__init__(self,cycle_time,devices):

初始化SercosIII通信系统

:paramcycle_time:周期时间（微秒）

:paramdevices:从设备列表

self.cycle_time=cycle_time

self.devices=devices

self.current_time=0

defstart_cycle(self):

启动新的周期

self.current_time=0

print(启动新的周期)

defsend_data(self,data,device):

发送数据到指定设备

:paramdata:数据（字节列表）