Prevajalnik med protokoloma IEC in IEC

Transcription

1 UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO Danilo Feher Prevajalnik med protokoloma IEC in IEC DIPLOMSKO DELO VISOKOŠOLSKEGA STROKOVNEGA ŠTUDIJA Mentor: doc. dr. Boštjan Murovec Ljubljana, april 2007

2 ii

3 »Preteklost je kot morje, ki spreminja obale prihodnosti!«(ang. The past is like the sea that shapes the shores of tomorrow!) iii

4 iv

5 Zahvala Za vsestransko strokovno podporo in prijateljstvo se zahvaljujem mentorju dr. Boštjanu Murovcu, ki mi je v vsakem trenutku s svojim nasvetom znal nakazati pot ter je izkazal zaupanje v moje delo. Zahvaljujem se kolektivu podjetja CCE, ki me je brezpogojno podpiralo na vsakem koraku. Predvsem pa mentorju s strani podjetja Ivotu Marcu za številne strokovne in prijateljske nasvete. v

6 vi

7 Povzetek Komunikacijski sistemi so dandanes prisotni na vsakem koraku. Vsakdo izmed nas ima mobitel, stanovanjski bloki domofon, prav tako je večina računalnikov, tako v podjetjih kot tudi doma, priklopljenih v LAN in internet. Povezava raznih komunikacijskih sistemov zahteva, da so podatki navzven predstavljeni uniformno po nekem pravilu. Tako uniformnost omogočajo standardi in protokoli. Standardi prav tako omogočajo konkurenčnost za proizvajalce in gradnike sistemov ter globalizacijo izmenjave podatkov. V procesu distribucije električne energije se globalizacija pretoka podatkov pozna predvsem pri nadzoru in vodenju le-te. To velja tudi za druga podobna omrežja, kot so plinovod, vodovod in naftovod. Vsako od naštetih omrežij ima svoje specifične lastnosti, ki jih je potrebno nadzorovati, v primeru ekstremnih dogodkov pa primerno hitro ukrepati, kar posledično vodi k globalnemu nadzoru. V energetiki take centre na najvišjem nivoju imenujejo nacionalni center vodenja (ang. national control center, NCC). Skladno z nenehnim povečanjem populacije in rastjo industrije se veča tudi poraba energije. To vodi v izgradnjo nove in širjenje obstoječe infrastrukture, kar zahteva posodabljanje komunikacijskih zmogljivosti. Posodobitev komunikacijskih zmogljivosti zahteva združevanje sistemov različnih obdobij, grajenih na komunikacijskih tehnologijah svojega časa. Pri tem pridemo tudi do točke, kjer je potrebno združiti asinhrono serijsko komunikacijo s sodobno Ethernet tehnologijo. Nadgradnja komunikacijske opreme je teoretično možna od sistema nadzora, vodenja in zajema podatkov (ang. supervisory control and data aqusition, SCADA) do končne električne naprave tega sistema, ki je sekundarna oprema (zaščitni rele). Vendar tako poseganje v nadzorni sistem ni smiselno, če ni pretečena življenjska katerega elementa tega sistema. Zamenjava opreme nosi za posledico velike stroške nove primerne sekundarne opreme (zaščitni rele) ali vmesnih elementov komunikacijskega sistema (omrežno stikalo, usmerjevalnik, ) ter inženiringa te opreme. Namesto menjave opreme se problem rešuje z dodajanjem zunanjih modulov, ki premostijo tehnološke razlike med komunikacijskimi protokoli. V diplomski nalogi smo se posvetili problemu premostitve tehnoloških razlik prenosa podatkov na eni strani po asinhronem serijskem načinu ter na drugi strani vii

8 preko Etherneta. Diplomska naloga zajema primer možnosti programske in strojne izvedbe takega prevajalnika protokola. Ključne besede: komunikacije v energetiki, protokol IEC , protokol EC , mikrokrmilnik PIC18F4550, ethenet samostojni krmilnik ENC28J60 viii

9 Abstract Communication systems are nowadays present everywhere. Everybody has a cell phone, every apartment block has an intercom and almost every business and home computer is connected to LAN and Internet. Connection of different communication systems requires that data in transmission is organized in a rather stringently prescribed way according to underlying relevant standards and protocols. Standards also allow fair competition for developers of communications systems and globalization of data interchange. Regarding distribution of electrical power, globalization affects mainly control and management subsystems of the whole distribution system. Such globalization is also characteristic for other distribution systems: pipelines, gas lines and oil lines. Each of these systems has its own special requirements and requires fast response in emergency cases, which all leads to global control centers. Within the field of power systems, the highest level of these centers is known as national control centers. Population and industry growth result in constant growth of energy consumption, which is reflected in investments in new and expansion of existing infrastructure. Consequently expansion of control and communication systems is also required, which often leads to modernization of existing systems that are built on communication technology from several decades. On a certain point a necessity arises to connect old fashion asynchronous serial data transfer to Ethernet data transfer and vice versa. An upgrade of the existing system is possible from the supervisory, control and data acquisition system (SCADA), till the last electrical equipment of the secondary system (protection relay). To replace an existing relay with a new one, which is able to communicate with Ethernet, is mostly unreasonable due to extremely high costs of new equipment and its engineering, especially in its life span. Instead, external converters are added, by means of which we are able to bridge the technological gap of different decades. This thesis deals with building and studying such a converter and its attributes, the problem of transferring asynchronous serial data over Ethernet. ix

10 Keywords: communication in power systems, IEC protocol, IEC protocol, microcontroller PIC18F4550, Ethernet stand-alone controller ENC28J60. x

11 KIVONAT A kommunikációs rendszerek ma már mindenhol jelen vannak. Majdnem mindenkinek van már mobil telefonja, a lakóházak domofonokkal vannak felszerelve, a számítógépek többsége, úgy a vállalatoknál mint otthon, rá van kötve a LAN-ra és az internetre. A különböző kommunikációs rendszerek összeköttetése megköveteli, hogy az adatok a külvilág felé egységesen, meghatározott szabály szerint kerüljenek bemutatásra. Az ilyen jellegű egységességet a sztenderdek és a protokoll teszi lehetővé. A sztenderdek a gyártóknak és a rendszerépítőknek éppúgy lehetővé teszik a versenyképességet és az adatcsere globalizációt. Az elektromos energia disztribúciós folyamatában az adatátvitel globalizáció elsősorban ezek felügyeleténél és irányításánál nyilvánul meg. Ez érvényes más hasonló hálózatokra is, mint amilyenek a gázvezeték, a vízvezeték és a kőolajvezeték. A felsorolt hálózatok mindegyikének megvannak a sajátos tulajdonságai, amelyek felügyeletre szorulnak, szélsőséges esetekben pedig gyors intézkedést igényelnek, ami következetesen a globális felügyelethez vezet. Az energetikában az ilyen központokat a legmagasabb szinten Nemzeti Irányító Központnak nevezik (ang. national control center, NCC). A lakosság és az ipari fejlődés állandó növekedésével növekszik az energiafogyasztás is. Ez új, és a már meglévő infrastruktúrák kiépítéséhez vezet, ami a kommunikációs képesség korszerűsítését igényli. A kommunikációs képesség korszerűsítése a különböző időszakokban, az annak megfelelő kommunikációs technológián kiépített rendszerek egységesítését igényli. Itt jutunk el addig a pontig, amikor az aszinkron szériás kommunikációt korszerű Ethernet tehnológiával kell egységesíteni. A kommunikációs felszerelés továbbfejlesztése elméletileg a felügyelőrendszertől, irányítástól és adatmerítéstől (ang. supervisory control and data aqusition, SCADA) ezen rendszer végső elektromos készülékéig lehetséges, ami másodlagos felszerelés (védő relé). A felügyelő rendszerbe való ilyen jellegű beavatkozás értelmetlen, ha nem járt le ezen rendszer»kereg«elemének élettartama. A felszerelés cseréjének következményeként komoly költségek merülnek fel az új megfelelő szekundáris felszerelés (védőrelé) vagy a kommunikációs rendszer köztes elemeinek (hálózati kapcsoló, irányító...), valamint ezen felszerelés inzseniringje miatt. A probléma a xi

12 felszerelés cseréje helyett külső modulok kiegészítésével oldható meg, amelyek áthidalják a kommunikációs protokollok között lévő technológiai különbséget. A diplomadolgozatban egyrészt az aszikron szériamódon, másrészt pedig az Etherneten keresztül történő adatátvitel technológiai eltéréséből eredő probléma áthidalására fordítottuk a legnagyobb figyelmet. A diplomadolgozat magába foglalja a program és a gépi kivitelezés ilyen jellegű protokoll átvitel lehetőségét. Kulcsszavak: kommunikáció az energetikában, protokoll IEC , protokoll IEC , mikrovezérlő: PIC18F4550, Ethernet önálló vezérlő: ENC28J60 xii

13 Vsebina 1 UVOD KOMUNIKACIJA V ELEKTROENERGETSKIH SISTEMIH KOMUNIKACIJSKI STANDARDI TEMA DIPLOMSKE NALOGE CILJ PRENOS PODATKOV STRUKTURA PODATKOV IEC TER IEC PO ISO/OSI PRENOS IEC PODATKOV PO TCP/IP (IEC IEC ) IZVEDBA PRENOSA PODATKOV OPIS RAZVOJNEGA OKOLJA IN STROJNE IZVEDBE RAZVOJNO ORODJE MPLAB IDE STROJNA OPREMA MIKROKRMILNIK PIC18F REGISTRI IN POMNILNIK MIKROKRMILNIKA PIC18F USART REGISTRI SPI REGISTRI PREKINITVE IN Z NJIMI POVEZANI REGISTRI ETHERNET KRMILNIK ENC28J ORGANIZACIJA POMNILNIKA IN DOSTOP DO REGISTROV ENC28J60 KRMILNIKA INICIALIZACIJA ENC28J POSTAVITEV SISTEMA IZRAČUN PRENOSNE HITROSTI USART PRIMER IZRAČUNA PROGRAMSKA KODA OPAZOVANJE PRETOKA PODATKOV ZAKLJUČEK SEZNAM UPORABLJENIH VIROV PRILOGA COMPROTWARE:TESTTOLL ETHEREAL-NETWORK PROTOCOL ANALYSER PRIEMER IEC OKVIRJA...59 xiii

14 Seznam tabel Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela xiv

15 Seznam slik Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika 20:...27 Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika Slika xv

16 Seznam akronimov in izrazov IED inteligentna elektronska naprava (ang. inteligent electronic device) LAN lokalno računalniško omrežje (ang. local area network) MAN mestno računalniško omrežje (ang. metropolitan area network) WAN široko računalniško omrežje (ang. wide area network) osrednji računalnik prilagojen paketni obdelavi podatkov, prilagajali so jih tudi terminalski rabi, dostop v tem primeru omogočen s pomočjo terminalov (ang. mainframe) terminal omogoča dostop do podatkov, shranjenih v osrednjem računalniku, sestavljata ga vhodna enota (tipkovnica) ter izhodna enota (monitor) (ang. terminal) SCADA nadzor, vodenje in zajem podatkov ( ang. supervisory control and data acquisition), sistem s katerim se nadzira in vodi geografsko porazdeljen proces ISO mednarodna organizacija za standardizacijo (ang. international organization for standardization) OSI skupina za povezovanje odprtih sistemov (ang. open systems interconnection), uveljavlja standarde za odprto zgradbo komunikacije (model ISO/OSI) ISO/OSI model povezljivosti odprtih sistemov po ISO DTE digitalna terminalna oprema (ang. digital terminal equipment) DCE oprema za digitalno komunikacijo (ang. digital communication equipment) EIA združenje proizvajalcev elektronike (ang. electronic industries association) EES elektroenergetski sistem ASDU podatkovna enota aplikacijske ravni modela ISO/OSI (ang. application service data unit) ITU-T mednarodna telekomunikacijska zveza, sector za telekomunikacije (angl. international telecommunication union; telecommunications sector) RP razdelilna postaja TP transformatorska postaja ISE integrirano programsko okolje (ang. integrated software environment) NCC nacionalni nadzorni center (ang. national control center) CEN evropski komite za standardizacijo (ang. Comité Européen de Normalisation) ASIC aplikacijsko namensko vezje (ang. application specific integrated circuit) xvi

17 Seznam akronimov in izrazov nadaljevanje CRC krožno-čezmerno preverjanje (ang. cyclic redundancy check) Zlog skupek 8 zaporednih bitov (ang. byte) Paket zaključna skupina bitov in temeljna podatkovna enota za prenos v omrežju s paketnim preklapljanjem (ang. package) RTC ura realnega časa (ang. real-time clock) EEPROM električno zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik (ang. electrically erasable programmable read-only memory) USART univerzalni serijski asinhronski prejemnik oddajnik (ang. universal serial asynchronous receiver transmitter) SPI serijski periferni vmesnik, standard prenosa podatkov (ang. serial peripheral interface) MSSP sinhroni serijski vmesnik (ang. master synchronous serial port) I 2 C standard prenosa podatkov med integriranimi vezji znotraj naprave (ang. inter integrated circuit) MAC enolična številka, ki jo vsebuje vsaka naprava, priklopljena na omrežje (ang. media access code), pod sloj podatkovno povezovalnega sloja ISO/OSI modela PHY del integriranega vezja, ki skrbi za fizični pretok podatkov po mediju (ang. physical medium independent), pod sloj podatkovno povezovalnega sloja ISO/OSI modela ICSP serijsko programiranje integriranega vezja v zgrajenem vezju (ang. in circuit serial programing) POR ponastavitev ob zagonu (ang. power on reset) xvii

18

19 1 Uvod Dandanes je prenos podatkov trg, ki se nenehno širi, vedno večje količine podatkov se prenašajo vedno hitreje. Uporabljajo se različni načini prenosa podatkov, žični ter brezžični prenos. Tako komuniciranje nam omogoča, da sežemo čez meje lokalnih povezav s tiskalniki in podobnimi elektronskimi napravami preko splošnega serijskega vmesnika, USB (ang. universal serial bus) [17: str. 614] in RS232 [17: str. 499], na nivo LAN omrežij [17: str. 121]. Večina računalnikov ter inteligentnih elektronskih naprav (ang. inteligent electronic device, IED), danes že podpira mrežno komunikacijo po standardu Ethernet [17: str. 121]. Izraz Ethernet je potrebno uporabljati zmerno, obzirno. Izraz eter (ang. ether) izhaja iz začetkov 19. stoletja, ko so znanstveniki tako poimenovali potencialno snov, ki naj bi bila brez prekinitve prisotna v celotnem vesolju ter primerna za prenos elektromagnetnih valov [8: str. 121]. V tehnološkem smislu se izraz Ethernet navezuje na standard IEEE [7: str. 21, 17: str. 121, 17: str. 160], ki opisuje način prenosa informacij na fizičnem nivoju po metodi zaznavanja prenosa in odkrivanja trkov (ang. carier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access methode and physical specification) [7: str. 27, 17: str. 61]. Naprave, povezane med sabo z Ethernet tehnologijo, tvorijo lokalno mrežo, LAN (ang. local area network), več medsebojno povezanih LAN omrežij tvori mestno omrežje, MAN (ang. metropolitan area network), več teh pa tvori široko omrežje, WAN (ang. wide area network). Da lahko naprave komunicirajo med seboj, je potrebna primerna elektronika in primerna predstavitev podatkov. Zaradi konkurenčnosti, globalizacije in možnosti povezovanja raznih sistemov so nastali standardi. Standardi opisujejo izvedbo strojne in programske opreme, da bo ustrezala uniformnemu načinu pretoka podatkov, model ISO/OSI [2: str. 17, 17: str. 267]. Prvi začetki in poskusi povezovanja računalnikov oz. terminalov segajo v leto Vlade ZDA je financirala projekt, kjer naj bi povezali dva računalnika med seboj preko serijskega načina prenosa podatkov. Takrat je to bilo mišljeno kot digitalna izmenjava podatkov med osrednjim računalnikom (ang. mainframe) ter terminalnim uporabnikom oz. med dvema terminaloma. Pri večjih razdaljah tak način zahteva konstantno priključen modem na obeh napravah. Taka komunikacija je neugodna, saj modema komunicirata po telefonski liniji. Takrat je bil formiran tudi komite EIA

20 (ang. Electronic Industries Association). Ta komite naj bi pomagal uvesti enotnost med proizvajalci. Prav tako se je formiral komite zunaj ZDA, imenovan CCITT (ang. Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony), ki je zagovarjal V.24 standard. Standard V.24 je namenjen opisu izvedb vezja, ki omogočajo RS232 prenos podatkov. 1.1 Komunikacija v elektroenergetskih sistemih Elektroenergetski sistemi (EES) se razvijajo skladno s potrebami po porabi električne energija in novimi tehnološkimi rešitvami. EES tvori več sistemov: generator, transformator, daljnovod; ti spadajo v skupino primarni sistem. Primarni sistem mora v vsakem trenutku odjemalcem zagotavljati električno energijo predpisane kvalitete [3: str. 1]. Za varno delovanje primarnega sistema skrbi sekundarni sistem, ki ga sestavljajo naprave za avtomatizacijo, zaščito, nadzor in vodenje [3: str. 1]. Osnovne zahteve zaščitnih relejev so hitrost delovanja, selektivnost, občutljivost, zanesljivost ter ekonomičnost. Poleg teh osnovnih, obstajajo še dodatne zahteve, ki so povezljivost, prilagodljivost, samonadzor [3: str. 1]. Prav povezljivost ima pomembno vlogo pri napravah EES, saj omogoča povezovanje le teh med seboj ter v sistem SCADA [1: str. 1, 3: str. 1]. Daljinsko vodenje zajema komunikacijo med zaščitnimi napravami, napravami, ki daljinsko vodenje omogočajo ter sistemom za nadzor, vodenje in zajem podatkov (ang. supervisory control and data acquisition, SCADA) [16: str. 43]. Osnovna naloga sistema vodenja je vzdrževanje ravnotežja med proizvodnjo in porabo električne energije v EES [1: str. 1, 3: str. 1]. Vsak sistem je lahko sestavljen iz opreme različnih proizvajalcev, kot so ABB [35], Siemens Energy & Automation [36], Areva [38], Iskra sistemi [37], GE [39]. To omogočajo standardi. Dinamika razvoja EES zahteva vključevanje in združevanje obstoječih sistemov, katerim se življenjska doba še ni iztekla, z novimi sistemi, kot prikazuje slika 1. 2

21 Slika 1: razširjanje primarnega in sekundarnega sistema. V času statičnih zaščit je bila komunikacija večinoma enosmerna in omejena na prenos občasnih prožitvenih ali blokirnih logičnih signalov. Ti signali so se prenašali po posebnih pilotskih vodih ali kot visokofrekvenčni signali po samih daljnovodih. Signali so obsegali le informacijo o delovanju zaščite ter vrsti in zaporedju dogodkov. Pri sodobnih numeričnih (mikroprocesorskih) zaščitah je potreba po komuniciranju v realnem času vedno večja in ponuja nove možnosti uporabe, slika 2. 3

22 Slika 2: zgradba numeričnega (mikroprocesorskega) releja, preslikano iz [3: str. 239]. Sodobni IED-ji omogočajo sprotni prenos večje količine informacij po optičnih komunikacijskih vodih, hitrejšo komunikacijo s sistemom za nadzor, poseganje do podatkov IED-jev globalno. Našteto je samo nekaj izmed mnogih možnosti, ki jih le-ti omogočajo [3: str. 2]. Slika 3: proces vodenja, preslikano iz [1: str. 2]. 4

23 Slika 3 shematsko prikazuje vodenje elektroenergetskega sistema, od centra vodenja do primarnega sistema. 1.2 Komunikacijski standardi Na področju distribucije električne energije (DEE) se prakticira globalni nadzor z nadzornim centrom za celotno regijo ali državo. Tak center se imenuje nacionalni kontrolni center (national control center, NCC). Slika 4 prikazuje priporočeno hierarhijo centrov vodenja. Izvedba take centralizacije zahteva upoštevanje dogovorjenih smernic na področju komunikacij. Te smernice določajo tehniški standardi, ki so sprejeti s strani evropske organizacije za standardizacijo (Comité Européen de Normalisation, CEN). Uporabljeni standardi večinoma izhajajo iz družine telekomunikacijskega standarda IEC IEC [9] opisuje obliko poslanih podatkov, IEC [10] opisuje povezavo na nivoju podatkovne povezave, IEC [11] opisuje splošno sestavo aplikacijskih podatkov, IEC [12] definicija in kodiranje informacijskih elementov, IEC [13] opisuje osnovne aplikacijske funkcije. Našteti standardi definirajo obliko podatkov na določenih nivojih modela ISO/OSI. Procese med dvema IED-jema definirajo protokoli [ 16: str. 35], ki so izpeljani iz standardov. Protokol IEC [14] podaja smernice za osnovno komunikacijo nadzornih sistemov, protokol IEC podaja smernice za komunikacijo merilne opreme, protokol IEC opisuje zaščitne funkcije IED-jev. Protokol IEC [15] opisuje prenos podatkov definiranih po IEC protokolu, preko protokola TCP/IP [17: str. 575]. Slika 4: konfiguracija centrov vodenja, preslikano iz [1: str. 275]. 5

24 Slika 4 prikazuje priporočeno hierarhijo centrov vodenja. Pri načrtovanju hierarhije centrov vodenja je potrebno minimizirati število le teh njihovo število naj nebi presegalo števila treh [1: srt. 275]. 6

25 2 Tema diplomske naloge Tema diplomske naloge izhaja iz komunikacijskega vidika elektroenergetskih sistemov, komunikacija sistema za nadzor SCADA do IED-jev. Je del internega raziskovalnega projekta v podjetju CCE d.o.o., katere cilj je študija prenosa podatkov preko Etherneta ter obratno. Pri razširjanju obstoječih zmogljivosti transformatorske (TP) ali razdelilne (RP) postaje je potrebno združiti obstoječo ter novo infrastrukturo. Združevanje tehnologij različnih obdobij zahteva različne protokole, obstoječi sistemi so grajeni večinoma na IEC [14] protokolu, pri novih sistemih pa se večinoma uporablja IEC [15] protokol. Tipično situacijo pri razširjanju oz. nadgradnji obstoječih sistemov prikazuje slika 5. Slika 5: proces komunikacije po IEC ,preslikano iz [15: str. 15]. 7

26 Iz slike 5 je razvidno, kje se vrši taka prilagoditev podatkov glede na zgradbo komunikacijskega sistema. 2.1 Cilj Cilj diplomske naloge je izdelati sistem, ki je sposoben podatke, sprejete po asinhronem serijskem vodilu, posredovati ciljni napravi po Ethernetu, ter obratno. Izbira primernega sistema zahteva, da je vmesnik za določen način komuniciranja v skladu s standardom. Sistem smo zastavili tako, da na eni strani komunicira asinhrono serijsko (ang. universal serial asynchronous receiver transmitter, USART) [5: str. 237, 8] na drugi strani pa po Ethernet protokolu. Nadzor nad prenosom podatkov pa izvaja mikrokrmilnik. Pri izdelavi testnega sistema smo se naslanjali na IEC družino standardov. Shemo testnega sistema prikazuje slika 6. Slika 6: idejna shema testnega sistema. Kot prikazuje slika 6, smo se odločili za sistem z mikrokrmilnikom proizvajalca Microchip, PIC18F4550 (PIC4550) [5], ker ima vgrajen USART, ter možnost prenosa podatkov po standardu SPI (ang. serial peripheral interface) [5: str. 193]. Prav tako je PIC4550 mikrokrmilnik cenovno ugoden in dostopen. Za ENC28J60 krmilnik smo se odločili, ker ima integrirane potrebne osnovne funkcije za Ethernet komunikacijo, ter prav tako SPI vodilo. Za tako izvedbo sistema smo se odločili zaradi prilagodljivosti in možnosti spreminjanja vezja po želji oz. po potrebi. Primerni cenovno ugodni sistemi, ki že vsebujejo integrirano RS232 ter Ethernet povezavo, niso uporabniško prilagodljivi oz. razširljivi. Nakup uporabniško razširljivih sistemov, za namene diplomske naloge, pa je cenovno nesprejemljiv. Primer modularnega sistema je razvojni sistem podjetja Memec Desig, Spartan 3SxLC Board, z oznako DS-BD- 3SxLC-PQ208 rev. 2 [47], ki pa za prenos podatkov po Ethernetu potrebuje razširitveno kartico. Primer razširitvene kartice je istega proizvajalca, Memec Desig, in sicer Communication module 2, katerega oznaka je 8

27 DS-BD-ExP4 rev. 1 [48]. To je primer sistema razširljivega po potrebi z namenskimi razširitvenimi karticami, ki pa je vsekakor cenovno neugodna izbira. Primer prevajalnika protokola je Ruggedrouter RX1000 proizvajalca Ruggedcom [19]. V okviru takega prevajalnika protokola lahko navedemo rešitve podjetja IPCOMM GmbH [45]. Interesantna rešitev z vidika diplomske naloge je iproute [46]. 9

28 3 Prenos podatkov Prenos podatkov se deli na serijski in paralelni, vsak od teh pa še na sinhroni ali asinhroni. S kombinacijo teh štirih načinov prenosa podatkov lahko vzpostavimo prenos podatkov med poljubnimi napravami. Prenos podatkov je pogosto opisan v standardih s pomočjo ISO/OSI strukture. ISO/OSI model definira strukturo nivojev, ki sodelujejo pri prenosu podatkov od ene do druge naprave oziroma aplikacije, ter na katere standarde, protokole se določen proces plasti sklicuje. 3.1 Struktura podatkov IEC ter IEC po ISO/OSI Oba protokola, IEC ter IEC , se sklicujeta na ISO/OSI model. Posamezen protokol uporablja posamezne plasti določene v modelu. Slika 7: ISO/OSI model. Slika 7, ki se naslanja na sliko 1 v [11: str. 13], prikazuje ISO/OSI model ter opis plasti. 10

29 Komunikacija po IEC protokolu poteka po treh plasteh ISO/OSI modela, aplikacijska plast (ang. aplication layer), podatkovno povezovalna plast (ang. datalink layer), ter fizična plast (ang. physical layer), slika 8Slika 8. Slika 8: plasti ISO/OSI modela pri IEC , preslikano iz [14: str. 11]. Na sliki 8 [14: str. 11] so na fizičnem nivoju navedena izbrana področja ITU-T, ki se nanašajo na integrirana vezja, ki skrbijo za pretok podatkov po mediju. Na sliki 8 je prav tako razvidna povezava med standardi in sloji modela ISO/OSI. Ethernet način prenosa podatkov pokriva po modelu ISO/OSI fizično in podatkovno povezovalno raven IEC protokola, celovita zgradba modela ISO/OSI IEC protokola je prikazana na slikah 9 in 10. Slika 9: plasti modela ISO/OSI pri IEC , preslikano iz [15: str. 17]. Iz slike 9 je razvidno, da IEC protokol uporablja pet (5) plasti modela ISO/OSI. Slika 10 prikazuje bolj podrobno razčlenitev TCP/IP strukture. 11

30 Slika 10: dovoljeni protokoli po RFC2200, preslikano iz [15: str. 19]. Slika 10 prikazuje plasti pri procesu komuniciranja po IEC [15]. Iz slike je razvidna navezanost plasti na določen protokol. Iz slik 8, 9 in 10 je razvidno, da se plasti sklicujejo na različne protokole in standarde. Rešitev prestrukturiranja podatkov v takem primeru pomeni, izluščiti sprejeti podatek, ga primerno obdelati, ponovno zapakirati in poslati naprej. Tak pristop zahteva aplikacijski nivo reševanja problematike, kot prikazujeslika

31 Slika 11: razširjen diagram poteka komunikacije. Slika 11 prikazuje možno rešitev problematike prevajalnika protokola na aplikacijskem nivoju. Primer takega reševanja problematike prevajalnika protokola je RTU (ang. remote terminal unit). RTU med drugim omogoča sprejemanje pošiljanje podatkov po IEC protokolu na eni strani ter po IEC protokolu na drugi. 3.2 Prenos IEC podatkov po TCP/IP (IEC IEC ) Prenos podatkov se vrši po določenem zaporedju. V standardu IEC je opisan proces dogovarjanja med dvema napravama. Ker se oba standarda, IEC in IEC , sklicujeta na IEC in IEC , je 13

32 sestava paketov znana. Za prenos podatkov po IEC protokolu velja zgradba paketa na sliki 12. Slika 12: struktura ASDU, preslikano iz [14: str. 28]. 14

33 Slika 12 prikazuje kako si podatki sledijo v paketu. Podatki, ki sestavljajo paket, se pošiljajo in prejemajo po 8 bitov naenkrat (slika 13), kar je en zlog podatka. Vsakemu poslanemu zlogu je dodan startni bit, ki je 0, sledijo podatkovni biti, sledi paritetni bit, nakar sledi stop bit, ki je 1. Startni in stop bit sta odvisna od USART gonilnika, medtem ko pariteto preverja sprejemnik. V protokolu IEC [14: str. 58] je podrobno opisana sestava paketa. Slika 13: struktura zloga. Slika 13 prikazuje sestavo paketa za prenos enega zloga podatka, opremljenega s start bitom, paritetnim bitom, ter zaključenega s stop bitom. Za prenos celega paketa je potrebno ponavljati ta proces prenosa zloga podatka. Pri tem se lahko pojavijo napake. Zato je potrebno ugotoviti število napačno sprejetih bitov in jih po možnosti korigirati. Na področju informacijske teorije [41] se število napačno sprejetih bitov imenuje Hammingova razdalja [42] med odposlanim in dejansko sprejetim podatkom. Za proces prenosa podatkov je [14: str. 14] definirano, da je dovoljen izključno F1.2 format paketov. S formatom F1.2 je označen tip dovoljene Hammingove razdalje, ki pomeni razliko med dvema prenesenima nizoma podatkov [1: str. 43], in ki v tem primeru ne sme znašati več kot dva (2). 15

34 Slika 14: primer izračuna Hammingove razdalje. Slika 14 prikazuje primer določanja Hammingove razdalje. Dobljeni rezultat nam pove, da v danem primeru Hammingova razdalja znaša 2. Ta razdalja pomeni razliko bitov med dvema nizoma ter določa število napak, ki so povzročile, da se je niz»a«pretvoril v niz»b«. Hammingova razdalja se za binarni niz izračuna z XOR funkcijo niza»a«in»b«ter seštevkom stanj 1; povzeto po [40]. Prenos podatkov po Ethernet omrežju zajema večjo količino podatkov naenkrat, le-ta lahko znaša med najmanj 64 in največ 1500 zlogi (slika 16). Direktni prenos zloga podatka iz serijskega načina na Ethernet ne nudi primernega izkoristka podatkovnega območja, ki ga omogoča Ethernet okvir. V primeru prenosa zloga podatka je potrebno le-tega dopolniti z 46 zlogi praznih podatkov (ang. padding). V tem primeru prenesemo podatek direktno na podlagi fizičnega naslova (ang. media access controller, MAC), kar pa ni dovolj saj temelji IEC na TCP/IP prenosu podatkov. Prenosni vmesnik (uporabnik do TCP) ne omogoča mehanizma zaznavanja začetka in konca ASDU dela paketa, ki je posredovan po IEC protokolu. V ta namen je v [15: str. 21] definirana zgradba paketa, ki ga sprejmemo po IEC protokolu ter ga prenesemo v podatkovno območje TCP/IP okvirja. To zgradbo prikazuje slika

35 Slika 15: sestava paketa po IEC preslikano iz [15: str. 21]. Slika 15 prikazuje zgradbo paketa in mehanizme prepoznavanja začetka in konca prenosa podatkov. Začetek novega podatka na tem mestu označuje vrednost 68H, temu sledi dolžina paketa, nadzorna polja ter podatki, ki smo jih prejeli po IEC Nadzorna polja IEC protokola so namenjena preprečevanju izgube paketov ter njihovega podvajanja [15: str. 23]. Potek zahteve in potrditve, ki se znotraj polja izvaja s štetjem, je urejen po priporočilih ITU-T X.25. Ethernet okvir v katerega plasiramo podatke prejete po IEC prikazuje slika 16 [23]. 17

36 Slika 16: Ethernet okvir. Slika 16 prikazuje hierarhijo okvirjev, poslanih po Ethernetu, Ethernet okvir. Iz slike je prav tako razvidno, koliko zlogov so dolgi ter kako si sledijo posamezni sklopi podatkov, za kateri del se izračunava krožno-čezmerno preverjanje [17: str. 233] okvirjev (ang. cyclic redundancy check, CRC). Ciljni in izvorni naslov sta MAC naslova prejemnika in pošiljatelja. To velja le v primeru kadar pošiljamo podatke direktno brez uporabe TCP/IP. V tem primeru je v polj dolžina zapisano število zlogov, ki jih pošiljamo. Če uporabimo katerega od višjenivojskih protokolov je v tem primeru to zapisano v polju dolžina namesto števila zlogov. 3.3 Izvedba prenosa podatkov Za uspešno izvedbo pretoka podatkov je potrebno po RS-232 vodilu sprejeti cel paket, ki je namenjen ciljni napravi, ga prenesti v podatkovno območje Ethernet okvirja, dopolniti glede na zahteve IEC [15] ter paket posredovati po Ethernet omrežju do ciljne naprave. V obratni smeri sprejmemo paket z Ethernet strani ga obdelamo glede na zahteve IEC [14] ter pošljemo po RS232 vodilu. Zahteve s strani IEC [15] zajemajo TCP/IP obliko pošiljanja in 18

37 prejemanja podatkov, kar je potrebno izvesti programsko, v našem primeru s pomočjo mikrokrmilnika PIC 18F4550 [8]. Podatki znotraj okvirja morajo imeti obliko kot prikazuje slika 15Slika 15. Zahteve s strani IEC [14] zajemajo asinhrono serijsko pošiljanje prejemanje podatkov s preverjanjem paritete. Po navedenem je izvedba sistema popolne skladnosti z zahtevami IEC protokola preobsežna tako tematsko kot časovno. Zato smo se za namen diplomske naloge odločili študirati protokola IEC in IEC ter sestavili strojno opremo. Tesni sistem zajema na eni strani pošiljanje in prejemanje 8 bitov podatkov s preverjanjem paritete, ter na drugi strani pošiljanje in prejemanje teh na podlagi Ethernet okvirjev. 19

38 4 Opis razvojnega okolja in strojne izvedbe V današnjem hiperaktivnem svetu je zelo pomemben čas med idejo in plasiranjem končnega produkta na trg. Radikalno zmanjšanje časa je povzročila programirljiva logika ter mikrokrmilniki z možnostjo hitre vzpostavitve testnih okolij, kateri omogočajo enostaven in učinkovit način preskušanja bodočega produkta in izdelavo prototipa. Pri realizaciji našega sistema smo se odločili za uporabo mikrokrmilnika Microchip PIC18F4550 [5], ter razvojno okolje MPLab IDE [26]. Razvojno okolje omogoča programiranje mikrokrmilnikov PIC, programska koda se piše z uporabo ukazov zbirnega jezika ali programskega jezika C [5: str. 1]. Preden lahko začnemo efektivno pisati programsko kodo, je potrebno poiskati odgovore na nekaj temeljnih vprašanj, ki so vodilo med programiranjem: 1. Kaj je problem? Odgovor smo podali v poglavju 2.1 s postavitvijo cilja, ki ga želimo doseči. 2. Kaj je rešitev? Oz. kakšno je razmerje med vhodom in izhodom? Odgovor smo podali z obdelavo prenosa podatkov v poglavju 3, predvsem pa z zaključki v poglavju Kako rešitev predstaviti programsko? Da lahko odgovorimo na to vprašanje, se moramo odločiti za programski jezik, kar sledi v nadaljevanju. 4. Katere priprave so potrebne pred testiranjem? Pred testiranjem je potrebno pripraviti testno okolje, ki v tem primeru zajema izvor podatkov oz. proizvajanje podatkov v obeh smereh, o čemer govorimo v nadaljevanju. 5. Ali izdelek zadovoljuje postavljene zahteve? Odgovor na to vprašanje podajamo v zaključku. 4.1 Razvojno orodje MPLab IDE Razvojno okolje MPLab IDE je namenjeno razvoju aplikacij na mikrokrmilnikih proizvajalca Microchip. MPLab IDE je orodje, ki omogoča razvoj, implementiranje in razhroščevanje aplikacij. Taka razvojna okolja imenujemo integrirana razvojna okolja 20

39 (ang. integrated development environment, IDE). MPLab je sestavljen iz več modulov, ki skupaj omogočajo razvoj aplikacije [26: str. 18]. Ti moduli so: urejevalnik projektov, (ang. project manager), omogoča komunikacijo med IDE ter ostalimi moduli programa, tekstovni urejevalnik (ang. editor), omogoča pisanje programske kode in služi kot prikazovalno okno pri razhroščevanju, zbirnik/povezovalnik in jezikovna orodja, (ang. assembler/linker language tools), zbirnik služi razvoju programske kode v strojnem jeziku, razhroščevalnik (ang. debugger), je namenjen, kot samo ime pove, razhroščevanju programske kode v realnem času; program omogoča spremljanje in spreminjanje vrednosti izbranih spremenljivk (registrov in pomnilniških lokacij mikrokrmilnika) ter postavitev prekinitvenih točk (ang. breakpoints), s katerimi lažje sledimo izvajanju programske kode, navidezni gonilniki (ang. execution engines), je vgrajeni simulator obstoječih Microchipovih mikrokrmilnikov, omogoča simulacijo nekaterih vhodno izhodnih funkcij mikrokrmilnika, je alternativa za razhroščevanje, če nimamo na voljo mikrokrmilnika ali programatorja, ki obenem omogoča razhroščevanje realnega sistema. 21

40 5 Strojna oprema Za strojno opremo smo izbrali mikrokrmilnik, ki že ima USART [5 str.237] modul integriran v napravo, pretok podatkov pa se ureja preko registrov, prav tako na Ethernet strani komunikacije. Če mikrokrmilnik ne bi vsebovalo USART modula, bi bilo potrebno signale vzorčiti. Elektroniko našega sistema sestavljajo naslednje komponente: mikrokrmilnik Microchip PIC18F4550 [5], samostojni Ethernet krmilnik Microchip ENC28J60 [23], MAX232N [29], ki skrbi za prilagoditev napetostnih nivojev iz 5V na EIA- RS232,, 74HCT08 [27] CMOS integrirano vezje skrbi za uskladitev napetostnih nivojev med 3,3 V in 5 V pri SPI komunikaciji med PIC18F4550 in ENC28J60. LM2574N [50] napetostni regulator, skrbi za znižanje napetostnega nivoja iz 5 V na 3,3 V, zaradi potreb napajanja ENC28J60 krmilnika SN74HCT125N [49], onemogočimo motnje na MAX232 med komunikacijo po SPI 5.1 Mikrokrmilnik PIC18F4550 Mikrokrmilnik PIC18F4550 spada v PIC18 družino integriranih vezij podjetja Microchip. Omogoča boljši izkoristek električne energije s postavitvijo v razna stanja pripravljenosti. Vgrajenih ima mnogo modulov, od katerih izpostavimo samo nekatere [5: str. 1]: USART (ang. enhanced USART, EUSART), možnost 8 ali 16 bitnega števca (delilnika) frekvence MSSP (ang. master synchronous serial port, MSSP) način komunikacije, ki lahko deluje v SPI načinu, ki podpira štiri načine delovanja, ali v I 2 C (ang. inter integrated circuit, I 2 C) gospodar-suženj načinu, postavitev mikrokrmilnika v razna stanja pripravljenosti, ki zmanjšajo porabo energije, trije zunanji prekinitveni vektorji, z možnostjo dodeljevanja dveh nivojev prioritet, možnost dveh zunanjih urinih signalov do 48 MHz, 22

41 izboljšana združljivost s prevajalnikom programskega jezika C, možnost zaščite programske kode v pomnilniku mikrokrmilnika, serijsko programiranje preko dveh priključkov (ang. in-circuit serial programing, ICSP), obenem lahko napaja mikrokrmilmik s 5V, možnost razhroščevanja med delovanjem (ang. in-circuit debug, ICD), namenski priključki za ICSP/ICD, samo pri 44-nožnih modelih, USB združljiv z V 2.0 standardom, možnost delovanja pri nizki hitrosti (ang. low speed; 1,5 Mb/s) ter polni hitrosti (ang. full speed; 12 Mb/s), podpira nadzor nad prenosom, možnost prekinitvenih vektorjev, itd., širok razpon delovne napetosti (od 2,0 V do 5,5 V), daljša življenjska doba pomnilnika, samoprogramibilnost, sposobnost spreminjanja lastne kode pod lastnim programskim nadzorom. Na naslednjih dveh slikah, slika 17 in 18, sta prikazana bločni diagram ter fizični zgled PIC18F4550 mikrokrmilnika. 23

42 Slika 17: bločni diagram 40/44 nožnega PIC4550, preslikano iz [5: str. 17]. Slika 17 prikazuje bločni diagram PIC18F4550 in njegovo konceptualno organizacijo. 24

43 Slika 18: PIC18F4550 v 40-nožnem PDIP ohišju, preslikano iz [5: str. 2]. Slika 18 prikazuje fizični zgled mikrokrmilnika s pripadajočimi signali na priključnih sponkah [17: str. 311] Registri in pomnilnik mikrokrmilnika PIC18F4550 Mikrokrmilnik ima več posebnih nastavitvenih registrov (ang. special function registers, SFRs). Do njih lahko dostopamo če poznamo njihove naslove ali imena. Registri so deljeni v dve skupini, med prve spadajo registri pomembni za delovanjem procesorja, ponastavitve (ang. reset) ter prekinitve (ang. interrupts). Druga skupina registrov je namenjena nastavitvam in delovanju periferije [17: str. 375] mikrokrmilnika. Registri so v pomnilnik PIC18F4550 implementirani kot statični ram [5: str. 11]. 25

44 Slika 19: nastavitveni registri PIC18F4550, preslikano iz [5: str. 66]. Slika 19 prikazuje SFR registre, s pripadajočimi naslovi. SFR registri se nahajajo v pomnilniku na naslovih od F60h do FFFh. Naslovi od 000h do 7FFh so uporabni kot splošni podatkovni registri (ang.»general purpose register«, GPR). Za direktno naslavljanje lahko uporabimo Access RAM ali BSR (ang. bank select register) register. Za indirektno naslavljanje uporabimo FSR (ang. file select register). Slika 20 prikazuje organizacijo podatkovnega pomnilnika 26

45 Slika 20: organizacija podatkovnega pomnilnika PIC18F4550, preslikano iz [5: str. 64]; (1) lahko uporabljeno kot vmesni pomnilnik pri USB komunikaciji. Slika 20 prikazuje organizacijo podatkovnega pomnilnika PIC18F4550 s pripadajočimi naslovi. V nadaljevanju smo opisali relevantne registre za USART in SPI način komuniciranja. 27

46 5.1.2 USART registri Delovanje USART modula krmilijo registri TXSTA, RCSTA, BAUDCON, PIR1, PIE1, RCREG, TXREG, IPR1 in IPR2. Pri prenosu podatkov se uporabljajo naslednje priključne sponke PIC18F4550 [5: str. 237]: priključna sponka 25 (TX) se uporablja za serijsko pošiljanje podatkov, priključna sponka 26 (RX) se uporablja za serijski sprejem podatkov. V nadaljevanju so predstavljeni registri, namenjeni USART komuniciranju. Tabela 1 prikazuje registre namenjene nadzoru nad pošiljanjem (TXSTA) in prejemanjem (RCSTA) ter nastavitvi hitrosti prenosa podatkov (SPBRG), Tabela 3 prikazuje registre namenjen samo nadzoru pošiljanja, Tabela 4 pa prikazuje registre namenjen samo nadzoru sprejemanja. BAUDCON register je namenjen nadzoru prenosne hitrosti. Vrednost SPBRG se izračuna na podlagi nastavitev v Tabela 2Tabela 2: izračun prenosne hitrosti [5: str. 241]. Error! Reference source not found.. Tabela 1: nadzor nad USART [5: str. 241]. Opomba: a biti v poljih z odebeljenim robom za ta način delovanja niso pomembni. Tabela 2: izračun prenosne hitrosti [5: str. 241]. Tabela 2: izračun prenosne hitrosti [5: str. 241].Error! Reference source not found. prikazuje nastavitve, uporabljene za izračun prenosne hitrosti podatkov po USART. Kadar prenosno hitrost proizvajamo s pomočjo 8 bitnega števca (delilnika) 28

47 procesorske ure, je v uporabi SPBRG register; kadar je števec (delilnik) 16 biten sta v uporabi oba registra, SPBRGH ter SPBRG [30: str. 10]. Tabela 3: nadzor nad pošiljanjem, preslikano iz [30: str. 10]. Opomba: a- (1) lokacija teh bitov je odvisna od posameznega mikrokrmilnika, b biti v poljih z odebeljenim robom za ta način delovanja niso pomembni. Error! Reference source not found. Tabela 4: nadzor nad sprejemanjem, preslikano iz [30: str. 14]. Opomba: a- (1) lokacija tega bita je odvisna od posameznega mikrokrmilnika, b biti v poljih z odebeljenim robom za ta način delovanja niso pomembni SPI registri Prenos podatkov po SPI vodilu [5: str. 191, 31: str. 6] se krmili z registri INTCON, PIE1, PIR1, SSPBUF, SSPCON1, SSPSTAT, IPR1 in IPR2. Pri tem se uporabljajo naslednje priključne sponke PIC18F4550: priključna sponka 24 (RC5), se uporablja za omogočanje komunikacije z ENC28J60, priključna sponka 26 (SDO),se uporablja za pošiljanje podatka, priključna sponka 33 (SDI), se uporablja za sprejemanje podatka, priključna sponka 34 (SCK), se uporablja za pošiljanje urinega signala, Tabela 5 prikazuje registre, namenjene prenosu podatkov po SPI. 29

48 Tabela 5. prenos po SPI, preslikano iz [5: str. 196, 31: str. 14]. Opomba: a- (1) lokacija teh bitov je odvisna od posameznega mikrokrmilnika, b biti v poljih z odebeljenim robom za ta način delovanja niso pomembni Prekinitve in z njimi povezani registri Delovanje posamezne prekinitve je odvisno od registrov RCON, INTCON, INTCON2, INTCON3, PIR1, PIR2, PIE1, PIE2, IPR1 in IPR2. Predvideli smo uporabo zunanje prekinitve INT2, s katerim ENC28J60 signalizira svoje prekinitve. V nadaljnje so opisani registri povezani s prekinitvami: RCON (ang. reset control) register je namenjen nadzoru nad ponastavljanjem mikrokrmilnika, v tem registru je za prekinitve pomemben IPEN (bit 7), ki vklopi ali izklopi določanje prioritete prekinitvam, INTCON (ang. interrupt control) register je med drugim namenjen splošnemu nadzoru nad prekinitvami, INTCON2 (ang. interrupt control 2) prav tako omogoča nadzor nad prekinitvami, INTCON3 (ang. interrupt control 3), pomembni so INT2IP (bit 7), določa prioriteto INT2 signalu, INT2IE (bit 4), omogoči zunanjo prekinitev INT2 ter INT2IF (bit 2), če je bit postavljen, je prišlo do prekinitve, PIR1 (ang. peripheral interrupt request 1) register je namenjen nadzoru pri prenosu podatkov po določenem načinu prenosa (USB, EUSART, paralelni prenos) ter indikaciji napak pri prenosu podatkov. Za EUSART sta pomembna RCIF (bit 5), nakazuje stanje RCREG, TXIF (bit 4) nakazuje stanje TXREG, PIR2 (ang. peripheral interrupt request 2) register je prav tako namenjen nadzoru pri prenosu podatkov po določenem načinu prenosa (USB, EUSART, 30

49 paralelni prenos), pomemben je OSCFIF (bit 7), ki indicira napako na oscilatorju mikrokrmilnika, PIE1 (ang. peripheral interrupt enable 1) register je namenjen omogočanju ali izključitvi določene prekinitve pri prenosu podatkov po določenem načinu prenosa (USB, EUSART, paralelni prenos), indikaciji v PIR1 registru. Pomembni so RCIE (bit 5), omogoči delovanje RCIF, ter TXIE (bit 4) omogoči delovanje TXIF v PIR1 registru, ter SSPIE (bit 3), ki omogoči prekinitve pri MSSP (SPI) načinu prenosa podatkov, PIE2 (ang. peripheral interrupt enable 2) register je namenjen omogočanju indikacij v PIR2 registru. Pomemben je OSCFIE (bit 7), ki omogoči delovanje OSCFIF v PIR2 registru, IPR1 (ang. peripheral interrupt priority 1) register je namenjen določanju prioritet zunanjim prekinitvenim signalom. Pomembni so RCIP (bit 5), določa prioriteto RCIF v PIR1 registru, TXIP določa prioriteto TXIF v PIR1 registru, IPR2 (ang. peripheral interrupt priority 2) register je namenjen določanju prioritet prekinitvam pri prenosu podatkov po določenem načinu prenosa (USB, EUSART, paralelni prenos). Pomemben je OSCFIP (bit 7), določa prioriteto OSCFIF v PIR2 registru. 5.2 Ethernet krmilnik ENC28J60 Za ENC28J60 krmilnik [23] smo se odločili, ker je to samostojni krmilnik istega proizvajalca, omogoča SPI [23: str. 25] način komuniciranja ter uporablja prikaz aktivnosti s pomočjo dveh led diod, itd. Med pomembnejše lastnosti ENC28J60 krmilnika spadajo [23: str. 1]: združljivost z IEEE standardom, vgrajen MAC (ang. medium access controller,) in 10BASE-T PHY (ang. physical layer), podpira dupleks in pol-dupleks način prenosa možnost ponovnega pošiljanja v primeru trka (ang. collision) podatkov programirljivo dopolnjevanje premajhnih paketov (ang. padding) in samodejno generiranje CRC kode programirljivo avtomatsko zavračanje paketov z napako SPI vmesnik s hitrostmi ure do 20MHz 8 kzlogov pomnilnika za pošiljanje in prejemanje 31

50 nastavljiva velikost pomnilnika za sprejemanje in pošiljanje podpora kreiranju CRC za razne mrežne protokole šest možnih prekinitev na isti nožici 5 V tolerantni vhodi delovna napetost je med 3,1 V ter 3,6 V, ponavadi je to 3,3 V Slika 21: ENC28J60 samostojni krmilnik v 28-nožnem PDIP ohišju, preslikano iz [23: str. 1]. Slika 21 prikazuje razporeditev priključnih sponk na 28 nožnem krmilniku s pripadajočim signalom priključne sponke, ter smer tega (vhod / izhod). Logične povezave znotraj krmilnika so prikazane na sliki

51 Slika 22: bločni diagram ENC28J60, preslikano iz [23: str. 3]. Slika 22 prikazuje bločni diagram ENC28J60 v PDIP ohišju s 28 priključnimi sponkami. Uporaba krmilnika zahteva dodatne zunanje pasivne komponente, in sicer: oscilator 25MHz (slika 23), RJ45 priključek z magnetiko (slika 24Slika 24), premikalnik napetostnih nivojev iz 3,3V na 5V pri SPI povezavi do mikrokrmilnika (v našem primeru, ker mikrokrmilnik deluje s 5 V napajanjem, slika 24). Slika 23: izvedba oscilatorja, preslikano iz [23: str. 5]. 33

52 Slika 23 prikazuje priključitev oscilatorja na ENC28J60 krmilnik. Omenimo, da na krmilnik lahko priključimo tudi urin signal z druge aktivne komponente. Pri taki povezavi uporabimo le OSC1 priključek, medtem ko OSC2 pustimo nepriključeno [23: str. 5]. Slika 24: tipična povezave ENC28J60 z mikrokrmilnikom, preslikano iz [23: str. 7]. Slika 24 prikazuje tipično povezavo ENC28J60 s poljubnim mikrokrmilnikom preko SPI ter povezavo do RJ45 priključka. RJ45 spojnik potrebuje pulzno ločilne transformatorje za pravilno delovanje in kot galvansko izolacijo med zunanjo linijo ter notranjim vezjem. Pulzno ločilni transformatorji so lahko zunanji ali integrirani v ohišje spojnika. Izbrali smo spojnik z vgrajenimi pulzno ločilnimi transformatorji [43]. Za povratni prenos podatkov od ENC28J60 do PIC18F4550 mikrokrmilnika je potreben premik napetostnih nivojev iz 3.3V na 5V. Podroben opis vseh priključnih sponk ENC28J60 krmilnika se nahaja v [23: str. 4]. 34

53 5.2.1 Organizacija pomnilnika in dostop do registrov ENC28J60 krmilnika Ves pomnilnik je v ENC28J60 organiziran kot statični RAM treh tipov [23: str. 11], programski pomnilnik, podatkovni pomnilnik ter EEPROM (slika 25). Dostop do njih je omogočen preko SPI povezave in manipulacije kontrolnih registrov. Kontrolni registri so namenjeni pregledu stanja, nastavitvi in nadzoru krmilnika. Ethernet medpomnilnik (ang. buffer) je namenjen mrežnim paketom, ki jih pošiljamo in sprejemamo, PHY registri so namenjeni pregledu stanja, nastavitvi in nadzoru PHY pod sloja. PHY registri so posredno dostopni preko MII (ang. media independent interface) vmesnika, s katerim upravlja MIIM (ang. media independent interface management). Slika 25: razporeditve pomnilnika v ENC28J60, preslikano [23: str. 11]. Slika 25 prikazuje hierarhijo pomnilnik v ENC28J60. Zadnja dva bita v ECON1 registru določata do katerega sklopa registrov želimo dostopati. Kontrolni registri so razdeljeni v štiri področja, področje 0, področje 1, področje 2 ter področje 3. Vsaka skupina registrov je dolga 32 zlogov in dostopna preko 5 bitnega naslova. 35

54 Slika 26: organizacija kontrolnih registrov, preslikano iz [23: str. 12]. Iz slike 26 je razvidno, da zadnjih pet mest vseh štirih skupin kaže na ista mesta v pomnilniku, EIE, EIR, ESTAT, ECON2, ECON1. Namen registra ECON1 je nadzor nad glavnimi funkcijami krmilnika: omogočanje prejemanja podatkov, zahteva po pošiljanju podatkov, nadzor nad DMA (ang. direct memory access), ter izbira želenega področja registrov. ECON2 je namenjen nadzoru pošiljanja podatkov iz medpomnilnika po SPI ter nadzoru postavitve krmilnika v razna stanja pripravljenosti. ESTAT, EIE ter EIR so namenjeni nadzoru prekinitev. 36

55 Taka organizacija omogoča lažji nadzor nad krmilnikom, brez dodatnega menjavanja pomnilniških skupin. Organizacija v skupine je izvedena glede na module krmilnika, ETH, MAC, MII. Prav tako imena registrov omogočajo prepoznavanje skupine, v katero register pripada: začetnica 'E' pomeni skupino ETH, 'MA' registri pripadajo MAC skupini ter 'MI' registri skupini MII Inicializacija ENC28J60 Najprej je potrebno nastaviti določene parametre krmilnika (ang. initialization). Postopek poteka podobno kot pri PIC18F4550 in se načeloma izvede le enkrat ob zagonu. Tabela 6 prikazuje implementirane ukaze ter pomen bitov znotraj zlogov. Prvi trije biti sestavljajo ukaz, naslednjih pet ima funkcijo določanja naslova registra, kar zavzema osem (8) bitov, preostali del pa je podatek, ki se prav tako pošilja po 8 bitov naenkrat v obe smeri. Ukazi ENC28J60: Tabela 6: ukazi ENC28J60, preslikano iz [23: str. 10]. Legenda: a = naslov kontrolnega registra, d = podatek, ki ga želimo vpisat na naslov. Med iniciaclizacijo je potrebno določiti količino pomnilnika, ki je namenjena samo sprejemanju podatkov, to se naredi s vpisom v ERXST in ERXND. Razpon lokacij, na katere kažeta ta dva registra, so rezervirane za prejem podatkov. Kadar je podatek uspešno sprejet, se osveži vsebina ERXWRP registra. Pri pošiljanju podatkov je v uporabi ves preostali pomnilniški prostor, ki ni bil rezerviran. Lahko pa ga rezerviramo s pomočjo ETXST ter ETXND. 37

56 Po uspešnem pošiljanju se na konec podatkov, namenjenih pošiljanju, vpiše 7 bajtov status informacije. Zato je potrebno med lokacijo za pošiljanje in sprejemanje izpustiti vsaj 7 zlogov pomnilniškega prostora. Pri sprejemu podatkov je na voljo tudi filtriranje podatka s pomočjo ERXFCON registra. V nadaljnje je potrebno še inicializirati registre, ki urejajo MAC in PHY pod sloj. Inicializacija MAC pod sloja se vrši s pomočjo MACON1, MACON3, MACON4 ter MABBIPG, medtem ko se inicializacija PHY pod sloja vrši s pomočjo PHCON2 registra. Pri inicializaciji MAC pod sloja je potrebno nastaviti tudi MAC naslov z vpisom 48 bitne vrednosti v registre MAADR1:MAADR6. Pomembno za inicializacijo je, kdaj se ta vrši. Če se vrši takoj po napajanju krmilnika, je potrebno počakati 300μs, da se postavi CLKRDY bit v ESTAT registru [23: str. 33]. Med inicializacijo je možen dostop do krmilnika preko SPI, le podatka ne moremo prejemati oz. pošiljati po Ethernetu, ali dostopati do registrov, ki urejajo PHY, MAC in MII. 38

57 6 Postavitev sistema Sistem smo sestavili na protoboardu, ker omogoča hitro postavitev delujočega sistema in enostavno uporabo komponent, ki se nahajajo v PDIP ohišju. Pri postavitvi smo upoštevali zahteve, zapisane v tehnični dokumentaciji proizvajalca PIC4550 [5] ter ENC28J60 [23]. Najprej smo vzpostavili komunikacijo do mikrokrmilnika s pomočjo MPLAB IC2 programatorja [32: str. 11]. MPLAB IC2 omogoča programiranje ter preverjanje programske kode v mikrokrmilniku (ang. in-circuit-debugger). Za pravilno delovanje mikrokrmilnika je potreben urin signal, ki se generira s pomočjo zunanjega Quartz kristala. Po uspešni povezavi mikrokrmilnika in računalnika smo povezali še preostali del sistema, ki skrbi za serijsko komunikacijo USART ter Ethernet. Pri pisanju programske kode smo posvečali pozornost sprotnemu komentiranju kode, saj se med fazo razvoja in testiranja vnašajo spremembe. Iz kode, opremljene s komentarji, je razvidno, čemu je namenjen določen odsek programske kode. 39

58 Slika 27: diagram poteka programa. Diagram poteka na sliki 27 ponazarja izvajanje programa. Najprej je potrebno inicializirati mikrokrmilnik PIC18F4550, ker je jedro zasnovanega sistema. Od njega je odvisno delovanje ENC28J60 krmilnika, katerega inicializacija je naslednji korak. Nato sledi zajem podatka na Ethernet strani, ter posredovanje zajetega podatka po USART. Nato prejmemo podatek z USART strani ter ga pošljemo dalje po Etherent strani. Tako zaporedje je potrebno zaradi tega, ker deluje naprava priključena na Ethernet strani, kot gospodar. Naprava priključena na USART strani pa deluje v načinu suženj. Diagram poteka podaja odgovor na 3. vprašanja v 4. poglavju [str. 20]. 6.1 Izračun prenosne hitrosti USART Za nastavitev USART prenosne hitrosti je potreben izračun nastavitev, glede na frekvenco mikroprocesorske ure. Pri izračunu smo uporabili podatke iz Tabela 2: 40

59 izračun prenosne hitrosti [5: str. 241].Error! Reference source not found.. Odločili smo se za uporabo 48MHz mikroprocesorske ure saj nam v tem primeru 16 bitni števec (delilnika) omogoča Error! Reference source not found.9600 baudov prenosne hitrosti. Iz omenjene enačbe smo izpeljali»n«pri želeni taktni frekvenci in prenosni hitrosti. Desetiška vrednost»n«brez decimalnih mest se zapiše v register SPBRG Primer izračuna želena baudna_hitrost (desired_baud_rate) = 9600 baudov taktna frekvenca kristala = 48 MHz osnovna enačba: baudna_hitrost= FOSC/(4*(n+1)) FOSC baudna _ hitrost = (4 ( n + 1)) Najprej smo izpeljali»n«za 9600 baudov iz enačbe 1: Enačba 1. FOSC baudna _ hitrost n = 1 4 Enačba 2. Iz enačbe 2 smo dobili vrednost, ki jo je potrebno vpisati v SPBRG register. n = 1249 Dobljeni rezultat ne vsebuje decimalnih mest, ki jih ni možno zapisati v SPBRG register. Zato ni potrebno ugotoviti, koliko znaša dejanska prenosna hitrost pri zaokroženi vrednosti»n«. V primeru, da je to potrebno, le-to izračunamo na podlagi enačbe 1. baudna _ hitrost = FOSC = izračunana _ baudna _ hitrost (4 ( n + 1)) 41

60 Razlika med želeno prenosno hitrostjo in izračunano prenosno hitrostjo je napaka, katera se izračuna po enačbi, ki se glasi: ( ) ( baudna _ hitrost izračunana _ baudna _ hitrost) napaka % = 100 izračunana _ baudna _ hitrost Enačba 3. Glede na dobljeni rezultat enačbe 2 lahko zaključimo, da ni prisotna napaka zaradi delilnika. 6.2 Programska koda Programsko kodo smo se odločili pisati v zbirniku (ang. assembler) [44]. Vsak mikrokrmilnik ima svoj nabor ukazov, nabor le teh je odvisen od proizvajalca. Podjetje Microchip ima nabor ukazov, ki jih PIC18F4550 pozna, zbranih v [44], ter v [5: str. 307]. Pri programiranju smo uporabili datoteko PIC18F4550.inc. V tej datoteki so določene asociacije med imeni in naslovi registrov, tako da lahko nastavljamo ter urejamo vsebino registrov brez poznavanja naslovov in pozicije bita v registru. Druga prednost uporabe imen registrov namesto njihovih absolutnih naslovov je večja preglednost programske kode in lažji morebitni prenos na drug mikrokrmilnik. #INCLUDE <P18F4550.INC> Pri pisanju programske kode smo morali paziti na združenost signalov na priključnih sponkah mikrokrmilnika. Upoštevati smo morali, da sta signala RX ter SDO združena na priključni sponki 26. Iz tega sledi, da poteka prejem USART signala RX fizično na isti priključni sponki kot oddajanje SPI signala. Ta problem zahteva programsko in strojno rešitev s preklopno funkcijo. Kadar beremo z USART ali oddajamo SPI signal, je potrebno na novo nastaviti registre, ki določajo prenos podatkov. Registre, ki urejajo prenos podatkov po USART smo opisali v poglavju 4.2.3, registre, ki urejajo prenos podatkov po SPI pa v poglavju Kot omenjeno zahteva ta preklopna funkcija tudi strojno rešitev zaradi odpravljanja motenj, ki se pojavijo pri oddajanju SPI signala, na RS232 napetostnem pretvorniku. Uporabili smo rešitev s SN74HCT125N [49]. Program smo si zamislili modularno, in sicer glavni program kliče podprograme, ki izvajajo določene funkcijske operacije. Funkcijske operacije smo razdelili glede na 42

61 potrebe prenosa podatkov, USART ter SPI. Prenos podatkov po USART urejajo štirje podprogrami, nastavitev USART prenosa podatkov, omogočanje prenosa, pošiljanje ter sprejemanje podatkov. nastavi določeni način operiranja. določen naslov. Podprogram za nastavitev pa paket omogoča prikaz pretoka podatkov, ki jih računalnik prejema in pošilja po Ethernetu. Prenos podatkov po SPI urejajo trije podprogrami, nastavitev SPI prenosa podatkov, pošiljanje ter branje. Podprogram za pošiljanje podatkov pošlje 8 bitni podatek, ki je shranjen na določenem naslovu. Podprogram za branje prebere 8 bitni vhodni podatek ter ga shrani na 6.3 Opazovanje pretoka podatkov Ključnega pomena pri prenosu podatkov je opazovanje le teh. Pretok podatkov na Ethernet strani omogoča Ethereal-Network Protocol Analyzer (Ethereal) programski paket odprtega tipa, katerega avtor je Gerald Combs [33]. Programski Slika 28: zaslon Ethereal-Network Protocol Analyser programskega paketa. 43

62 Slika 28 prikazuje pogovorno okno in vsebino zajetega omrežnega prometa na računalniku. S slike je razvidno, da program prikaže zaporedje dogodkov s časovnimi značkami, izvorni ter ciljni naslov, protokol, po katerem poteka komunikacija, ter splošno informacijo. Program prav tako omogoča brskanje po vsebini poslanih in sprejetih paketov. Ethereal nam je omogočal prikaz dogajanja le na Ethernet strani pretoka podatkov. Za celotno analizo pretoka moramo opazovati obe vodili med katerimi prenašamo podatke: Ethernet ter RS232. Opazovanje ter manipulacijo nam je omogočilo orodje COMPROTware:Testtoll [34], katerega avtor je družba za razvoj programske opreme Real Thoughts. Pogovorno okno prikazuje sliki 29. Slika 29: COMPROTware:Testtoll, pogovorno okno. Slika 29 prikazuje pogovorno okno COMPROTware:Testtoll programskega orodja. Orodje lahko realizira različne načine delovanja, kot gospodar ali suženj, omogoča simulacijo raznih protokolov tudi IEC ter IEC [34]. 44

63 45

64 7 Zaključek V okviru diplomske naloge smo študirali protokola IEC in IEC Realizirali smo prevajalnik med protokoloma z mikrokrmilnikom PIC18F4550 in mrežnim krmilnikom ENC28J60. Strukturo paketa, ki se izmenjuje na podlagi IEC protokola, prikazuje slika 30Slika 30. Slika 30: IEC paket. 46

65 Realizirali smo strojno izvedbo na protobordu, ter zastavili koncept programske opreme (slika 27). Realizirali smo izmenjavo podatkov po USART. Prav tako smo realizirali rutine za inicializacijo ENC28J60 krmilnika ter rutine za branje in pisanje po SPI. Realizirali smo pošiljanje in prejemanje podatkov v na podalgi Ethernet okvirjev. Izkazalo se je, da PIC18F4550 mikrokrmilnik nebi omogočal izkoriščanja dvosmernega prenosa podatkov ali dupleks (ang. full-duplex), ker uporablja iste priključne sponke za prenosa podatkov po USART in SPI. To vnaša dodatno zakasnitev v potek prenos podatkov pri večjem pretoku le-teh. Venomer je potrebno preklapljati med enim in drugim načinom prenosa podatkov. Tak sistem omogoča izkoriščanje pol-dvosmernega ali poldupleks (ang. half dupleks) prenosa podatkov. V času izdelave diplomske naloge se je na tržišču pojavil PIC18F97J60 mikrokrmilnik [51]. Edinstvenost le-tega je, da združuje Ethernet krmilnika ENC28J60 ter PIC18F4550 mikrokrmilnika. Na tak način je izvedljiv cenovno ugoden prevajalnik protokola. Pri postavitvi sistema s takim načinom prenosa podatkov je potrebno upoštevati specifikacije v protokolih. Specifikacija določa kriterije za izbiro vsebine okvirja, ki se lahko na tak način prenašajo. Nekatere sodobne mrežne naprave omogočajo priklop serijskih asinhronih komunikacijskih naprav. Primer take naprave je RuggedRouter RX1000, podjetja Ruggedcom. 47

66 8 Seznam uporabljenih virov [1] Ferdinand Gubina, Anton Ogorelec, Vodenje elektroenergetskega sistema, Sloko CIGRE, Ljubljana 1997, ISBN: [2] Kovačič Stanislav, Komunikacije v avtomatiki (študijsko gradivo), Ljubljana, oktober 2001, ion.fe.uni-lj.si/classes/ka/ka2001_vse.pdf, dostopnost preverjena marca 2007 [3] Grčar Bojan, Uvod v zaščito elementov elektroenergetskih sistemov, Založniška dejavnost FERI,, Maribor, junij, 1999, ISBN [4] Stevens W. Richard,TCP/IP Illustrated, Volume 1, The Protocols, julij, 1995, [5] (avtor ni podan), PIC18F2455/2550/4455/4550 Data sheet, Microchip Technology Inc., 2006, DS39632C, en/devicedoc/39632d.pdf, dostopnost preverjena marca 2007 [6] Carne E. Bryan, Data Communication in a TCP/IP World, 2004, [7] Axelson Jan, Embedded Ethernet and interent complete, Lakeviev Research, avgust, 2003, ISBN: [8] Eady Fred, Networking and interentworking with Microcontrollers, februar, 2004, ISBN: [9] CEI IEC :1990 [10] CEI IEC : , [11] CEI IEC :1992 [12] CEI IEC :1993 [13] CEI IEC :1995 [14] CEI IEC :2003 [15] CEI/IEC :2000 [16] SIST IEC/TR :1997 [17] Pahor David, Drobnič Matija; avtorji Vladimir Batagelj etc.,leksikon računalništva in informatike, Pasadena, Ljubljana, 2002, ISBN: [18] Spletni portal WikipedijA, Prosta enciklopedija, i/glavna_stran, dostopnost preverjena marca

67 [19] Spletna stran podjetja Ruggedcom, dostopnost preverjena marca 2007 [20] Zurawski Richard, The indiustrial technology hadbook, CRC Press, 2005, ISBN: [21] Howard David, The Penguin Dictionary of Electronics, Clays Ltd., 2005, ISBN: [22] Schwerdtfeger Martin, SPI - Serial Peripheral Interface, junij, 2000, dostopnost preverjena marca 2007 [23] (avtor ni podan), ENC28J60 Data sheet, Stand-Alone Ethernet Controller with SPI Interface, Microchip Technology Inc., 2006, DS39662B, =2057&ty=&dty=Data+Sheets&section=Data+Sheets&ssUserText=ENC28J60, dostopnost preverjena marca 2007 [24] Spletna portal islovar, Slovar informatike, dostopnost preverjena marca 2007 [25] Spletno portal RFC.net, dostopnost preverjena marca 2007 [26] (avtor ni podan), MPLAB IDE User's guide, Microchip Technology Inc., 2006, DS51519B, icedoc/51519b.pdf, dostopnost preverjena marca 2007 [27] (avtor ni podan), MM74HCT08 Quad 2-input AND gate, Fairchild semiconductor TIV, februarja, 1999, DS005754, dostopnost preverjena marca 2007 [28] Spletni portal Wikipedija, a.org/wiki/usart, dostopnost preverjena marca 2007 [29] (avtor ni podan), MAX232, MAX232I dual EIA-232 driver/receiver, Texas Instruments, marec, 2004, dostopnost preverjena marca

68 [30] (avtor ni podan), Section 18. USART, Microchip Technology Inc., 1997, DS31018A, dostopnost preverjena marca 2007 [31] (avtor ni podan), Section 16. Synhronous Serial Port (SSP), Microchip Technology Inc., 1997, DS31015A, dostopnost preverjena marca 2007 [32] (avtor ni podan), MPLAB ICD 2 In-Circuit Debuggeg User's guide, Microchip Technology Inc., 1997, DS51331B, oc/51331b.pdf, dostopnost preverjena marca 2007 [33] (avtor ni podan), Navodila za uporabo, Ethereal user's guide, dostopnost prevejena marca 2007 [34] (avtor ni podan), Navodila za uporabo in predstevitev, COMPROTware: Testtool, dostopnost prevejena marca 2007 [35] Domača stran koncerna ABB, dostopnost prevejena marca 2007 [36] Domača stran koncerna Siemens Energy & Automation, dostopnost prevejena marca 2007 [37] Domača stran podjetja Iskra sistemi, dostopnost preverjena marca 2007 [38] Domača stran koncerna Areva, dostopnost preverjena marca 2007 [39] Domača stran koncerna General Electric, dostopnost preverjena marca 2007 [40] Spletni portal Wikipedija, ing_distance, dostopnost preverjena marca 2007 [41] Spletni portal Wikipedija, i/information_theory, dostopnost preverjena marca

69 [42] Spletni portal Wikipedija, dostopnost preverjena marca 2007 [43] dostopnost preverjena marca 2007 [44] (avtor ni podan), MPASM Assemler, MPLINK Object linker,, Microchip Technology Inc., 2005, DS33014J, dostopnost preverjena marca 2007 [45] Domača stran podjetja IPCOMM GmbH dostopnost preverjena marca 2007 [46] Domača stran podjetja IPCOMM GmbH, spletna predstavitev izdelka iproute, dostopnost preverjena marca 2007 [47] Spletna predstavitev izdelka, Xilinx XC3S400-4PQ208 Spartan-3 FPGA, CCD%253DUSA%2526SID%253D32214%2526DID%253DDF2%2526SRT %253D1%2526LID%253D32232%2526PRT%253D0%2526PVW%253D%2526BI D%253DDF2%2526CTP%253DEVK,00.html, dostopnost preverjena marca 2007 [48] Spletna predstavitev izdelka, Communication module 2, CCD%253DUSA%2526SID%253D32214%2526DID%253DDF2%2526SRT %253D1%2526LID%253D32232%2526PRT%253D0%2526PVW%253D%2526BI D%253DDF2%2526CTP%253DEVK,00.html, dostopnost preverjena marca 2007 [49] (avtor ni podan), SN74HCT125 quadruple bus buffer gates with 3-state outputs dostopnost preverjena marca 2007 [50] (avtor ni podan), LM2574N simple switcher, dostopnost preverjena marca 2007 [51] (avtor ni podan), PIC18F97J60 Family data sheet, Microchip Technology Inc., 2006, DS39762B, 51

70 dostopnost preverjena marca

71 9 Priloga V nadaljnje so prikazane nastavitve programskih orodij, ki smo jih uporabljali za opazovanje pretoka podatkov. Prikazana je tudi struktura IEC protokola, kot ga prikaže Ethereal-Network Protocol Analyser. 9.1 COMPROTware:Testtoll V nadaljevanju je podana nastavitev COMPROTware:Testtoll programskega orodja. Prikazano je generiranje IEC protokola v nadzornem načinu. Prav tako so prikazane nastavitve za generiranje IEC protokola v nadzorovanem načinu. Programski paket omogoča istočasno izvajanje obeh protokolov. Nastavitve posnemanja IEC protokola. Slika 31: pogovorno okno COMPROTware:Testtoll. 53

72 Slika 32: nastavitev protokola IEC Slika 33: izbira protokola IEC

73 Slika 34: nastavitev protokola IEC Slika 35: izbira načina delovanja protokola IEC

74 Nastavitve posnemanja IEC protokola. Slika 36: izbira protokola IEC

75 Slika 37: nastavitev protokola IEC Slika 38: izbira načina delovanja protokola IEC Ethereal-Network Protocol Analyser Ethereal-Network Protocol Analyser programski paket omogoča zajemanje in prikazovanje prometa na Ethernet strani komunikacije. V nadaljnje je prikazan postopek zajemanja in prikaza podatkov. 57

76 Slika 39: pogovorno okno Ethereal-Network Protocol Analyser programskega paketa. Slika 40: izbira opazovanega vmesnika. 58

77 Slika 41: zajemanje prenosa podatkov. Slika 42: prikaz zajetega prenosa podatkov. 59

78 Slika 43: prikaz zajete vsebine prenosa podatkov. Pri zajetem prometu lahko brskamo po vsebini prenosa podatkov. Prikazano je zaporedje podatkov, dolžine, itd Priemer IEC okvirja Prikazani so okvirji komunikacije med dvema napravam, ki si podatke izmenjujeta po IEC protokolu. Za gospodarja smo uporabili sistem SCADA z IP naslovom COMPROTware:Testtoll, pa nam je služil kot nadomestek za krmiljeno napravo po IEC COMPROTware:Testtoll smo pognali drugem računalniku z IP naslovom V nadaljnje sta prikazana TCP/IP okvirja sistema SCADA, ki sprašuje ter COMPROTware:Testtoll, ki odgovarja 60