Profinet协议的远程IO使用测试

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快速建立Profinet主站、从站开发测试环境 - 知乎

profinet实现方案整理_profinet协议栈-CSDN博客

一、协议介绍

Profinet 是 PI 推出用于自动化的、开放的工业以太网标准。Profinet 使用 TCP/IP 和 IT
标准，是一种实时以太网，既支持标准的 TCP/IP，又提供标准以太网不能实现的时间确
定性。

PROFINET=PROFIbus+etherNET，把Profibus的主从结构移植到以太网上，所以profinet会有Controller和Device，他们的关系可以简单的对应于profibus的Master和Slave。

另外由于profinet是基于以太网的，所以可以有以太网的星型、树形、总线型等拓扑结构，而profibus只有总线型。所以profinet就是把profibus的主从结构和ethernet的拓扑结构相结合的产物。

支持模式

根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式。

• TCP/IP标准通讯：PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP 是IT 领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100 ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。
• 实时（RT）通讯：对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，大概需要5－10ms的响应时间。目前，可以使用现场总线技术达到这个响应时间，如PROFIBUS DP。对于基于TCP/IP的工业以太网技术来说，使用标准通信栈来处理过程数据包，需要很可观的时间，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer 2）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，因此，PROFINET获得了等同、甚至超过传统现场总线系统的实时性能。
• 同步实时（IRT）通讯：在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（Motion Control），PROFINET的同步实时（Isochronous Real-Time, IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应。

报文分析

注意事项

Profinet使用注意事项
1.Profinet的数据传输带宽是100MBps

2.设备之间的总线长度为100m（超过100m需要设备进行中继，路由器 profinetio 都可以）

3.数据传输方式为全双工，没有终端电阻

4.一致性数据最大为254bytes

5.对于上位计算机可以使用标准以太网卡，不需要专用适配器

6.对于profinet诊断可以使用it工具

7.使用IP地址和设备名称区分，在组态时都要设置，否则无法成功组态。

8.对于IRT应用，必须要使用支持IRT的专用交换机。

二、模块使用

修改IP

使用Profinet Tools都可以实现设备扫描和IP修改。

Profinet Tools 下载：https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/46863f7f03d84a6483c2/?dl=1

艾莫迅修改IP专用工具下载：https://oss.amsamotion.com/uploads/20250519_173924_.rar

远程请求

三、协议开发

3. Profinet从站通信流程详细解释
   3.1 初始化流程
   系统启动: 硬件和底层驱动准备就绪。
   初始化以太网驱动:
   设置PHY工作模式（如全双工、100 Mbps）。
   启用MAC驱动并配置回调函数。
   初始化Profinet协议栈:
   注册协议解析模块。
   配置数据输入输出缓冲区。
   3.2 连接建立
   主站发送连接请求，从站通过以太网接收并解析Profinet连接请求报文。
   从站反馈连接确认报文，完成连接建立。
   3.3 数据交互
   报文解析: 检查Profinet协议头部标识符，提取实时数据。
   数据处理: 根据主站下发的指令，处理输入数据并生成对应的输出数据。
   发送响应: 打包处理后的数据，返回给主站。
   3.4 状态管理
   维护连接状态，包括RUNNING和IDLE状态切换。
   检测并响应主站发送的Keep-Alive信号。
4. 核心功能模块
   4.1 Profinet数据报文结构
5. 
   CRC校验 4 验证数据完整性

4.2 数据解析逻辑
帧头: 检查MAC地址是否匹配。
帧ID: 根据帧ID确定报文类型（如连接请求、实时数据）。
数据区: 提取具体的输入输出数据。
4.3 状态管理
定期检查主站的Keep-Alive信号，若超时则断开连接。
根据主站下发的命令切换状态（IDLE ↔ RUNNING）。

.Profinet IRT（同步通信）的支持
Profinet IRT（Isochronous Real-Time）是一种严格同步的通信方式，能够保证报文传输的实时性和低延迟，适用于高精度同步控制场景。为支持IRT，需实现以下功能：
精确时间同步：通过PTP（精确时间协议）实现主站与从站之间的时钟同步。
报文优先级调度：确保实时报文优先传输。
实时数据处理：在规定的时间窗口内完成数据采集、处理和发送。

流程详细说明
接收以太网帧：
使用以太网MAC接收硬件进行帧捕获。
检查是否为Profinet报文。
识别报文类型：
判断报文是否为IRT类型。
若非IRT，则根据类型进行其他处理（如RT或普通以太网报文）。
时间同步：
提取IRT报文中的PTP时间戳。
调整本地时钟，确保与主站时间同步。
数据处理：
提取输入数据，并根据业务逻辑生成输出数据。
时间窗口控制：
检查当前时钟是否在允许的时间窗口内。
若在时间串口内，则发送响应报文
若在时间串口外，则丢弃对应报文