P-NET

Die physikalische Ebene des P-NET basiert auf dem RS-485-Standard von Electronic Industries Association. Nur die Verkabelung und der Leitungsabschluss unterscheiden sich davon. Anstelle der notwendigen Abschlusswiderstände wird die geschirmte zweiadrige Leitung zu einem physikalischen Ring geschlossen. Dadurch ist die Nutzung von bis zu 125 Busmodulen mit maximal 32 Mastermodulen je P-NET-Segment möglich. Die Datenübertragungsrate beträgt konstante 76,8 kbit/s und erfolgt im NRZ-Verfahren (No Return to Zero).

P-NET Schicht 2

In der Abbildung ist die P-NET-Telegrammstruktur und der Aufbau eines Zeichens dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein 9-Bit-Data-UART-Zeichen mit einem Startbit (logisch 0) und einem Stoppbit (logisch 1). Zusätzlich zu den 8 Datenbits wird vor dem Stoppbit noch das A/D-Bit eingefügt, dass der Erkennung des ersten Adressbytes dient (A/D=1) und damit gleichzeitig den Beginn eines Frames kennzeichnet. Dieses Bit dient also der Unterscheidung von Adress- bzw. Datenbytes. Das Telegramm beginnt immer mit dem Adressfeld von 2 bis 24 Bytes Länge. Danach schließt sich ein Control/Status-Feld von einem Byte Länge an. Dieses Byte beinhaltet im Request-Frame die Kodierung des Schicht-7-Dienstes und im Response-Frame die entsprechende Fehlerinformation. Das Byte Informationslänge kodiert im Anforderungstelegramm die Länge der Nutzdaten und die Art der Adressierung. In diesem Fall geben die Bits 0 bis 5 Auskunft über die Länge der Information, Bit 6 gibt an, ob eine Offsetkodierung vorliegt und Bit 7 gibt schließlich Auskunft darüber, ob die nachfolgende Softwire-Number (SWNo) 2 oder 4 Byte lang ist. Das nachfolgende Informationsfeld selbst enthält den Verweis auf die anzusprechende Variable sowie die eventuell zu übertragenen Daten. Die Datensicherung erfolgt mittels Prüfsummenverfahren, wobei das Sicherungsfeld das Zweierkomplement der errechneten Prüfsumme enthält. Für spezielle Anwendungen existiert eine Protokollvariante mit 2-Byte-CRC-Sicherung.

Das Adressfeld eines P-NET-Telegramms enthält die Adresse eines Busmoduls, die einfach oder komplex aufgebaut sein kann. Die Datenbits 0 bis 6 enthalten dabei die eigentliche Adresse. Das Bit 7 dient der Unterscheidung von Ziel- und Quelladressen. Als Adressen sind Werte von 1 bis 125 zugelassen. Die Adressen 0 und 127 sind reserviert. Die Adresse 126 dient als Rundspruchadresse (Broadcasting). Eine einfache Adresse kennzeichnet ein Busmodul im gleichen Segment und ist als ein Byte kodiert. Eine komplexe Adresse wird zur Adressierung von Busmodulen in entfernten Netzen genutzt und ist aus einer Folge von Adressbytes aufgebaut.

Die Vergabe des Buszugriffsrechts unter den Master-Modulen wird mittels eines virtuellen Token-Verfahrens gesteuert. Es basiert auf einer Zeitsteuerung und benötigt keine Telegramme zur Token-Weitergabe.

P-NET Schicht 3

Die Hauptaufgaben der Schicht 3 sind der Transport der Daten von der Schicht 2 zur Schicht 4 und die Realisierung der Gatewayfunktionalität. In der Abbildung ist der prinzipielle Ablauf der Kommunikation über ein Gateway dargestellt. Hierbei sendet jedes Gateway nach Empfang eines Request-Telegramms, das an ein anderes Netz adressiert ist, ein Response-Telegramm mit der Kodierung Answer Comes Later zurück. Dieses Verhalten ist notwendig, um dem Prinzip der Immediate Response zu genügen. Der Client geht daraufhin in Warteposition, bis er ein zugehöriges Antworttelegramm empfängt. Das Gateway führt die lt. P-NET-Standard notwendige Adresskonvertierung durch und leitet das Request-Telegramm zum Server weiter. Das Antworttelegramm wird im Server generiert und als Response-Telegramm zum Gateway zurückgeschickt. Das Gateway kodiert nach dem Erhalt des Antworttelegramms durch den Server die eigentliche Response an den Client.

Die Schicht 4 umfasst zwei verschiedene Tasks. Die erste beinhaltet den P-NET-Service, der Daten in den internen Speicher schreibt bzw. herausließt oder eine Anfrage zurück leitet, falls die Variable in einem anderen Modul abgelegt ist. Die zweite Task enthält Details über alle Abfragen, die ausgesandt wurden, jedoch noch auf eine Antwort warten. Wenn die Antwort eintrifft, wird sie zur anfordernden Applikations-Task zurückgesandt. Deshalb wird die Adresse jeder Variablen in einer Liste (Softwire-List) abgelegt. Jedem Eintrag dieser Liste ist eine eindeutige Nummer zugeordnet, die Softwire-Number. Der Zugriff auf eine Variable erfolgt unter Verwendung ihrer Softwire-Number (SWNo). Das hat den Vorteil, dass die physikalische Adresse einer Variablen nicht bekannt sein muss und die Nutzung verschiedener Speichermedien (RAM, ROM, EEPROM) mit diesem Modell garantiert.

Die Schicht 7, mit den Anwendungsprogrammen greift auf die strukturierten Daten, abgelegt durch den Service in Schicht 4, zu. Die programmiertechnische Erstellung der Softwire-List erfolgt im Applikationsprogramm. Jedem Prozesssignal sind neben dem reinen Signalzustand bzw. -wert zusätzliche Informationen zugeordnet. Diese Informationen werden in Variablen gespeichert und betreffen spezielle Funktionen wie Konfiguration, Umrechnung, Skalierung, Filterung, Fehlerimplementierung etc. Im P-NET wird die Gesamtheit der auf ein Prozesssignal bezogenen Variablen und Funktionen als Prozessobjekt behandelt und trägt den Namen Channel (deutsch: Kanal).