数控系统现场总线可靠通信机制的研究（下）

    2．3从站实时可靠调度

    从站完成整个通信时序的配合以及通信帧转发功能。本文设计的从站数据链路层调度模型如图6所示，整个模型由含有五个状态的有限状态机构成，每个状态负责不同的通信功能。图6中符号含义如下：IDLE：空闲等待状态；SoC：通信起始准备状态：RCV：数据接收状态；SEND：数据发送状态：reSEND：数据重新发送状态：FIFO：先进先出的队列，存储接收和转发的数据帧；CACHE：发送数据缓存区，存储已经发送过的数据；MEM：内存区，存储接收或发送的数据；带方向的实线：代表状态切换的路径，线上标号为整个周期的运行顺序；带方向的虚线：代表数据写入或读出FIFO或MEM。

    图6 从站端实时可靠调度模型

    整个通信周期的运行过程如下。

    (1)在IDLE状态，等待数据接收，收到数据则进入RCV状态。

    (2)在RCV状态，从接收FIFO中读取数据，实时转发到另一端口的发送FIFO中，同时解析接收到的数据帧，写入MEM，并根据三种不同帧(同步帧、数据帧和数据重发帧)的情况，转入到不同的状态进行下一级处理。

    (3)在RCV状态收到同步帧后进入SoC状态，初始化一个新的通信周期以产生同步中断，然后返到IDLE状态。

    (4)在RCV状态收到数据帧后进入SEND状态，从MEM中读取应答数据，将数据写入CACHE并发送，然后返回IDLE状态。

    (5)在RCV状态收到重发帧后进入reSEND状态，从CACHE中读取数据重新应答，然后进入IDLE状态。

3可靠性分析

    本部分建立对数控系统通信可靠性进行合理评价的指标，然后给出对本文通信机制可靠性进行的概率统计分析以及结果评价。

    3．1数控系统通信可靠性评价

    数控系统中的通信具有同步、实时、周期性等特点，即数控系统中主站和从站间交换的数据要求在一个通信周期内被正确地传递。为了对数控系统通信的可靠性进行合理的分析，本文定义无故障通信时间，作为数控系统现场总线通信可靠性评价的指标。故障通信定义为在一个通信周期内，CNC的命令数据或伺服驱动的响应数据没有被正确送达(传送错误或超时)。定义无故障通信时间为，数控系统现场总线在不出现故障通信的情况下连续运行的时间。因为故障通信的出现有一定的概率，所以无故障通信时间标识了数控系统现场总线通信的可靠程度，时间越长，出现故障通信的概率越小，可靠性越高。

    3．2可靠性的概率分析

    对于本文设计的可靠通信机制，采用概率统计方法，分析不同参数配置(通信站数和重发次数)下的故障通信概率情况，以得出影响无故障通信时间的关键参数及其影响程度。

    如图7为本文所设计总线的通信机制示意，在一个通信周期内，一个主站和疗个从站先进行n次通信，如果出错则进行最多m次重发。假设每次通信出现错误的概率为P，正确的概率为q，P+q=1。下面分析整个通信周期完成后仍然存在错误，即出现故障通信的概率Pmm。

    图7 一个通信周期内的通信及重发

    表1中每个概率相加，即得在已知出现i次错

    从物理角度来看，式(6)有明确的含意。在一个通信周期中，某站点的通信在实时阶段失败后，在实时补发阶段还有进行数据恢复的机会，补发次数越多，成功的概率也就越大，所以通信的可靠性与补发次数有着重要的关系。