Aufteilung in Zeitschlitze für priorisierte und nicht-zeitkritische Daten
Zur Realisierung der hohen zeitlichen Anforderungen muss das Durchleiten von Nachrichten sehr genau getaktet werden. Dazu ist den zyklischen Daten auf der Ethernet-Leitung eine höhere Priorität einzuräumen. Diese Anforderung lässt sich lösen, indem die zur Verfügung stehende Zeit in Zeitschlitze aufgeteilt wird. Eine typische Abfolge von mehreren Zyklen setzt sich immer aus einem grauen und einem grünen Bereich zusammen. In Bild 3 werden die nicht-priorisierten Daten als TCP/IP-Daten bezeichnet, wobei es um eine beliebige Ethernet-Übertragung gehen kann. Die Darstellung beschreibt einen einzelnen Zyklus. Die Zykluszeit des Beispiels beträgt 1ms.
Der Zyklus beginnt mit dem grauen Intervall, in dem die zyklischen Daten zwischen dem Controller und dem Device ausgetauscht werden. Daran schließt sich das grüne Intervall an, das der Weiterleitung beliebiger Ethernet-Daten dient. Die interne Steuerungslogik des TPS-1 erkennt, ob am Ende des grünen Intervalls noch ein Ethernet-Frame übertragen werden kann oder ob der Transfer der nächsten Nachricht erst im folgenden Zyklus möglich ist. Dieses Verfahren wird beim TPS-1 durch die in den internen Switch implementierte Hardware unterstützt und gesteuert. Die Übermittlung aller nicht zu den zyklischen Daten gehörenden Profinet-Nachrichten findet im grünen Intervall statt. Dieser bei IRT eingeführte Mechanismus sorgt dafür, dass keine Nachrichten verfälscht oder geteilt werden. Die Nachrichten des grünen Bereichs sind nicht zeitkritisch und können notfalls bis zum nächsten Zyklus warten.
Einmalige Berechnung des Starts eines Zyklus
Ein Unterschied bei der Verwendung von IRT besteht im Einsatz von drahtloser Kommunikation wie WiFi oder Bluetooth. Diese Protokolle lassen sich nicht nutzen, weil sich die Umwandlung von drahtgebundenen Signalen in eine Funkübertragung und umgekehrt als variabel erweist. In diesem Fall kann keine sinnvolle Zeitangabe erfolgen. Um die Synchronisation zu erhalten, ist es notwendig zwischen den teilnehmenden Stationen kontinuierlich Synchronisations-Nachrichten auszutauschen. Diese Nachrichten werden in der grünen Phase weitergeleitet, damit es nicht zu einer Behinderung der zyklischen priorisierten Datenübermittlung kommt. Zur Berechnung der Kommunikation sind in der Beschreibungsdatei (GDS-Datei) Angaben zu den Bearbeitungszeiten der zyklischen Daten zu machen. Auf Basis dieser Informationen kann ein Engineering-System die Kommunikation für die gesamte IRT-Domäne ermitteln und bestimmen, zu welchem Zeitpunkt die einzelnen teilnehmenden Geräte ihre Daten erhalten und abschicken müssen. Für jedes Gerät wird also der Start eines Zyklus berechnet. Es ist nicht erforderlich, diese Daten jeweils stets neu zu ermitteln. Beim Start einer IRT-Domäne bekommt jedes angeschlossene Gerät die Initialisierungsparameter (Record-Data) zugeschickt und kann sich so auf die Leitung synchronisieren.
Signale zum Ablegen und Abholen von Daten
Das Signal Test_Sync zeigt bei der Inbetriebnahme an, dass sich der TPS-1 auf die IRT-Domäne synchronisiert hat. Dieses Signal ist für den Datenaustausch mit der Host-CPU bedeutungslos. Es wird bei der Zertifizierung getestet, um das richtige Verhalten der Synchronisierung zu kontrollieren. Die Signale Ti und To werden der Host-CPU mit dem Ziel zur Verfügung gestellt, dass die laufende Applikation erkennen kann, wann das Gerät Ein- und Ausgangsdaten bereitstellen muss oder wann neue Daten im Gerät angekommen sind. Für einen effizienten Datenverkehr werden die beiden Signale mit Interrupt-Eingängen der Host-CPU verbunden.
