PROTOCOLO AS- INTERFACE, ANALIZADOR DE RED. Autores: DIEGO ANDRÉS ORDUZ TIBADUIZA RIGOBERTO ORTIZ BALLESTEROS

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1 PROTOCOLO AS- INTERFACE, ANALIZADOR DE RED Autores: DIEGO ANDRÉS ORDUZ TIBADUIZA RIGOBERTO ORTIZ BALLESTEROS UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO-MECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES GRUPO DE INVESTIGACION CEMOS BUCARAMANGA, OCTUBRE DE 2006

2 PROTOCOLO AS- INTERFACE, ANALIZADOR DE RED Autores: DIEGO ANDRÉS ORDUZ TIBADUIZA RIGOBERTO ORTIZ BALLESTEROS Tesis de grado para optar el título de Ingeniero Electrónico Director: MPE. Jaime Guillermo Barrero Pérez Codirector: MIE. Omar Leonardo Núñez Gualdrón UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES GRUPO DE INVESTIGACIÓN CEMOS BUCARAMANGA, OCTUBRE DE

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5 TÍTULO: PROTOCOLO AS-INTERFACE, ANALIZADOR DE RED DIEGO ANDRÉS ORDUZ TIBADUIZA RIGOBERTO ORTÍZ BALLESTEROS ** Palabras claves: As-Interface, Bus de Campo, Protocolo, Analizador, Microcontrolador, Sniffer, Labview. En este informe se presenta el diseño e implementación de un analizador de red en un dispositivo programable con su respectiva HMI en el computador, basado en el protocolo de buses de campo AS-Interface; se describe la implementación de la capa física y la interfaz lógica necesaria para su funcionamiento dentro de una red AS-I, especificados en la norma EN50295, en la cual se establecen cada uno de los parámetros asociados con el protocolo. Como resultado de este trabajo de grado se logró implementar un analizador de red para supervisar el estado operativo de una red As-Interface comercial; este analizador tiene la capacidad de detectar esclavos digitales con cualquier perfil de configuración y esclavos analógicos con perfil S.7.3, el dispositivo cuenta con una interfaz física capaz de extraer potencia del bus de datos, una interfaz de visualización y presentación de datos por medio de una aplicación gráfica desarrollada en labview con indicadores del estado de los esclavos y strings para el análisis de las transacciones maestro-esclavo, una sistema de comunicación de datos por puerto USB que actúa como interfaz directa entre el PC y la red industrial, un reporte de tramas limitado por el número de datos adquiridos (alrededor de 320), y un tiempo de actualización de 100ms. ** Trabajo de grado Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas, Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones. Director: Jaime Guillermo Barrero Pérez.CoDirector: Omar Leonardo Núñez G. 5

6 TITLE: AS-INTERFACE PROTOCOL, A NETWORK ANALYZER DIEGO ANDRÉS ORDUZ TIBADUIZA RIGOBERTO ORTÍZ BALLESTEROS ** Key words: As-Interface, Bus de Campo, Protocolo, Analizador, Microcontrolador, Sniffer, Labview. In this report appears the design and implementation of a network analyzer in a programmable device with its respective HMI in the computer, based on the protocol of field bus AS-Interface; describes the implementation of the physical layer and the necessary logical interface for its operation within a AS-I network, specified in the norm EN50295, in which they settle down each one of the parameters associated with the protocol. As resul of this work of degree was managed to implement a network analyzer to supervise the operative state of a AS-Interface commercial network; this analyzer has the capacity to detect digital slaves with any profile of configuration and analogical slaves with S.7.3 profile, the device counts on a physical interface able to extract power of the fieldbus, an interface of visualization and presentation of data by means of a graphical application developed in labview with indicators of the state of the slaves and strings for the analysis of the transactions master-slave, a system of data communication by port USB that acts like interface direct between the PC and the industrial network, a report of plots limited by the number of data collected (around 320), and a time of update of 100ms. ** Work of degree Faculty of Fisic-mecanics Engineerings, Electrical, Electronic School of Engineerings and Telecommunications. Director: Jaime Guillermo Pérez.CoDirector : Omar Leonardo Núñez G. 6

7 A Dios, por darme vida y por permitirme ser todo lo que soy. A mis Padres Ana Aydeé y Jorge por acompañarme en todo momento y ser la fuente de fortaleza para triunfar sobre todas las dificultades. Gracias por tu esfuerzo y dedicación por hacerme una mejor persona.. A mi Hermana Silvia, por ser tan especial. A mi hermosa Gueyler Andrea por darme su apoyo incondicional, comprensión y por su cariño. A toda mi familia y amigos que de alguna u otra manera me ayudaron para lograr esta meta, por haber permitido que sacrificara tiempo valioso de su compañía para poder terminar mi carrera. Diego Andrés Orduz Tibaduiza 7

8 A mi madre Marlene Ballesteros y a mi padre Crisanto Ortiz Corzo quienes incansablemente brindaron su apoyo en mis momentos de flaqueza, llevándome siempre a un punto de fortaleza. A mis hermanos que de una u otra manera fueron generosos con migo, dándome fuerzas para continuar en el camino. A Mónica Yurley Ramírez, quien estando a mí lado siempre fue comprensiva con mi causa, sin olvidar ese amor fraternal que junto con sus padres siempre me brindaron. A toda mi familia que vio en mí un potencial vivo, capaz de cumplir metas inalcanzables ante sus ojos. Igualmente a todos aquellos que alguna ves tendieron su mano a favor de brindar lo único que vale en este mundo La Amistad Rigoberto Ortiz Ballesteros 8

9 AGRADECIMIENTOS Quienes desarrollamos este proyecto, agradecemos a todas aquellas personas que fueron apoyo y gran ayuda en el desarrollo de nuestro trabajo, a nuestros directores Jaime Guillermo Barrero Pérez y Omar Leonardo Núñez Gualdrón por confiar en nosotros, por su colaboración, exigencia, paciencia y apoyo durante horas incansables en busca de nuestra meta; a todos los que de alguna u otra forma hicieron posible llegar a feliz término esta labor. Al ingeniero José Alejandro Amaya por su grandiosa cooperación. A nuestros familiares y amigos, en quienes encontramos un soporte constante durante la ejecución de este proyecto. También deseamos agradecer especialmente a Analog Devices por su generosidad. 9

10 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN 16 CAPITULO 1 Protocolo AS-Interface Componente e Interfases de una red AS-I Características Transmisión de una red AS-I Codificación de la Señal Requerimientos de Recepción Comunicación Principios Control de Transmisión Requerimientos de Tiempo Estructura de Mensajes Transacciones AS-I 30 CAPITULO 2 Hardware Etapa de Recepción de Señal Analógica Etapa de Codificación de Pulsos Etapa de Comunicaciones Fuente de Alimentación 41 10

11 2.5 Printed Circuit Board 42 CAPITULO 3 Software Diagrama de Flujo de la Interfaz Gráfica Interfaz Gráfica Panel de Controles Estado de los Esclavos Intercambio de Datos Administrador Híbrido Créditos y Ayuda Diagrama de Bloques de la Interfaz Gráfica Programación del Microcontrolador Microcontrolador 68HC12E Periféricos Utilizados 61 Estructura Diagrama de Flujo del programa en el Microcontrolador Analizador Comercial 68 CAPITULO 4 Pruebas y Resultados Señal de Recepción Señal de Maestro Señal de Esclavo 71 11

12 4.2 Especificaciones de la Fuente de Alimentación Emulador de Red Híbrida Detección del Módulo Esclavo diseñado por el grupo de investigación en el protocolo AS-I de la Universidad Industrial de Santander Interfaz Gráfica del Analizador AS-I en una Red 75 Comercial CAPITULO 5 Observaciones 79 CAPITULO 6 Recomendaciones y Futuros Desarrollos 80 CAPITULO 7 Conclusiones 81 FIGURAS Figura 1 Pirámide de Automatización 18 Figura 1.1 Esquema Interfases de una red AS 22 Figura 1.2 Formas de Onda de la Señal AS-I 25 Figura 1.4 Validación de Pulsos 26 Figura 1.5 Control de Transmisión 28 Figura 1.6 Tiempos de Transacciones 28 Figura 1.7 Estructura de los mensajes 30 12

13 Figura 1.8 Tramas del maestro para cada transacción en modo estandar Figura 1.9 Tramas del esclavo para cada transacción en modo estandar Figura 2.1 Diagrama de Bloques Analizador AS-I 35 Figura 2.2 Diagrama Comparador de Niveles Analógico 36 Figura 2.3 Tarjeta de Desarrollo del Microcontrolado 39 Figura 2.4 Diagrama esquemático acondicionador del controlador USB TTL 40 Figura 2.5 Fuente de Alimentación Nivel Positivo 41 Figura 2.6 Fuente Generador de Nivel Negativo 42 Figura 2.7 Capa Inferior Circuito Impreso 43 Figura 2.8 Capa Superior Circuito Impreso 43 Figura 2.9 Hardware 43 Figura 3.1 Diagrama Inicio Programa Labview 45 Figura 3.2 Diagrama de Análisis Programa Labview 47 Figura 3.3 Diagrama de Respuesta Programa Labview 48 Figura 3.4 Diagrama de Pregunta Programa Labview 49 Figura 3.5 Diagrama de Dirección y Error Programa Labview 50 Figura 3.6 Diagrama de Analógico Programa Labview 50 Figura 3.7 Panel de Control Analizado AS-I 52 Figura 3.8 Panel de Estado de Esclavos en la Red 53 Figura 3.9 Panel de Intercambio de Datos de Una Red AS-I 55 Figura 3.10 Pantalla Analizador Para una Red Híbrida AS-I 57 Figura 3.11 Pantalla Analizador Para una Red Híbrida AS-I 58 13

14 Figura 3.12 Pantalla de Créditos y Ayuda Analizador AS-I 59 Figura 3.13 Diagrama Principal Programa Microcontrolador 65 Figura 3.14 Diagrama Principal segunda parte Programa Microcontrolador Figura 3.15 Diagrama Principal segunda parte Programa Microcontrolador Figura 3.16 Diagrama Transmit()Programa Microcontrolador 67 Figura 4.1 Señal de la red AS-I y SCI del microcontrolador 70 Figura 4.2 Señal de la SCI del microcontrolador y red AS-I con mensajes de varios esclavos 70 Figura 4.3 Petición de maestro 71 Figura 4.4.a Detección de pulsos negativos de maestro 71 Figura 4.4.b Detección de pulsos positivos de maestro 71 Figura 4.5 Respuesta de esclavo 72 Figura 4.6.a Detección Pulsos Negativos de esclavo 72 Figura 4.6.b Detección pulsos positivos de esclavo 72 Figura 4.7 Pantalla Del Analizador con Red Híbrida 74 Figura 4.8 Pantalla Del Analizador Detectando un Esclavo Diseñado por el Grupo AS-I UIS y Su Respectiva Transferencia de Datos Figura 4.9 Pantalla Del Analizador Estado de Esclavos con red Comercial Figura 4.10 Pantalla Del Analizador en Intercambio de Datos 76 Figura 4.11 Pantalla Del Analizador en Estado de Esclavos con un Esclavo Fuera de Linea Figura 4.12 Pantalla Del Analizador en Estado de Esclavos con dos Esclavos Fuera de Línea

15 TABLAS Tabla 1.1 Características principales de la red AS-I 24 Tabla 1.2 Explicación de bits de la trama del mensaje 30 Tabla 3.1 Datos por defecto del analizador AS-I para adquisición USB 51 Tabla 3.2 Tabala de Comparación Analizador Comercial vs Analizador Implementado 68 Tabla 4.1 Mediciones de la fuente de alimentación 73 15

16 INTRODUCCIÓN Hoy en día, la evolución de los procesos automáticos industriales, van ligados a la generación de nuevas técnicas, que facilitan el control y la supervisión de procesos de forma remota. Cada vez más, se hace indispensable contar con dispositivos capaces de analizar, monitorear y diagnosticar estados operativos en campos de acción industrial. En este sentido se hace necesario la apropiación de tecnologías comerciales actuales y el estudio de protocolos estándar de comunicación industrial, con el fin de generar e implementar soluciones de mayor rendimiento y menor costo para uso de la industria. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un analizador de red en un dispositivo programable con su respectiva HMI en el computador, basado en el protocolo de buses de campo AS-Interface; se describe la implementación de la capa física y la interfaz lógica necesaria para su funcionamiento dentro de una red AS-I comercial, especificados en la norma EN50295 [1], en la cual se establecen cada uno de los parámetros asociados con el protocolo. Dentro de los protocolos de comunicación orientados a buses de campo, AS-I es uno de los de mayor proyección en el nivel de sensor / actuador, debido a que se perfila como una de las soluciones de fácil implementación y más eficaces para el control distribuido en el sector productivo. Algunas de sus características sobresalientes son: su gran versatilidad, bajos costos de mantenimiento, alta fiabilidad, fácil integración de nuevos miembros a la red y la transmisión de datos y 16

17 alimentación a través de una misma línea. Así mismo, cuenta con el respaldo de la AS-INTERNATIONAL ASSOCIATION y de un número considerado de fabricantes de instrumentos de control industrial, tales como: Siemens, Schneider, Allan Bradlley, entre otros), los cuales garantizan su permanencia en el mercado. No obstante, AS-i es un concepto independiente del fabricante, y especifica su funcionamiento a través de la norma EN50295 [1] (o IEC ). El dispositivo fue diseñado para leer cualquier clase de perfil esclavo AS-i y su correcto funcionamiento fue evaluado con la puesta en marcha dentro de un red comercial perteneciente al Grupo de Investigación en Mecatrónica de la Universidad Industrial de Santander. El dispositivo se destaca por tener una interfaz de comunicación física genérica y una interfaz hombre-máquina implementada en LABVIEW con adquisición por puerto USB. Adicionalmente, tiene la capacidad de extraer la potencia para su funcionamiento a través de la línea, con requerimientos de consumo dentro de los rangos establecidos por la norma [1]. Pirámide de automatización La automatización de procesos en la actualidad, ha traído consigo el manejo de una gran cantidad de información, que obligan a la división de tareas entre grupos de tecnologías organizadas de manera jerárquica; formando lo que se conoce en el campo industrial como Pirámide de Automatización. Así, dependiendo de la funcionalidad y el tipo de conexiones, se suelen distinguir cuatro niveles en un proceso industrial, la figura 1 ilustra cada uno de estos niveles, los cuales son brevemente descritos a continuación. 17

18 Figura 1 Pirámide de Automatización Nivel de sensor/actuador: Este nivel también es llamado nivel de instrumentación, esta formado por los instrumentos de medida (Sensores) y de mando (Actuadores) distribuidos en una línea de producción. Nivel de campo: Integra pequeños automatismos (PLCs 1, PIDs, multiplexores de entradas/salidas, entre otros) en subredes o islas. En este nivel se puede encontrar uno o varios autómatas modulares actuando como maestros de la red. Los dispositivos de este nivel junto con los del nivel sensor/actuador poseen capacidad suficiente como para realizar procesos productivos por si mismos. Nivel de control: Enlaza las células de fabricación o zonas de trabajo. En este nivel se sitúan los autómatas de gama alta y los computadores dedicados al diseño, control de calidad, programación, monitoreo y supervisión de la planta. Nivel de gestión: Se utilizan para redes de oficinas, en las cuales se intercambia un alto volumen de información y los tiempos de respuesta no son críticos puesto que las comunicaciones en este nivel de la pirámide industrial ya 1 Programmable logic Controller 18

19 no necesitan ser de tipo industrial, es decir muy robustas o de corto tiempo de acceso. Así mismo, la necesidad de mejorar la eficiencia en el área de producción por medio del monitoreo y supervisión de procesos, ha permitido un desarrollo en las comunicaciones industriales, Impulsando la generación de diferentes técnicas de control descentralizado y de fácil integración de nuevos elementos. Antecedentes A nivel local, en la Universidad Industrial de Santander, se ha iniciado el desarrollo de trabajos orientados a fortalecer el área de las comunicaciones industriales, teniendo como resultado trabajos tales como: Nuñez Gualdrón Omar Leonardo. Modulo de integración de sensores y actuadores lógicos basado en protocolo AS-Interface de comunicaciones industriales. Tesis de Maestría, Marriaga Arnol, Abreu Oscar. Implementación de nodo esclavo en un microcontrolador. Tesis de pregrado, Carreño Sinle, Ardila Pedro. MODBUS, Monitoreo de la red empleando LABVIEW. Tesis de pregrado, Duque P. Jorge E. Procesador de comunicación MODBUS. Implementación con microcontrolador. Tesis de Maestría, López C. Duván A. Redes de Comunicación AS-i. Funcionamiento, Ventajas y Estado del Arte. Monografía Especialización en Telecomunicaciones, Niño Varon, Becerra Alvaro. Redes industriales. MODBUS y ETHERNET implementados en automatas programables TRILOGI, KOYO ymodicon- TELEMECANIQUE.Tesis de pregrado, Gelvez F. Julio. Redes de Comunicaciones Industriales. Monografía Especialización en Telecomunicaciones,

20 Los resultados obtenidos con estos proyecto, son una guía para futuros trabajos basados en redes de comunicaciones industriales, que involucren la implementación de protocolos en dispositivos programables, habilitando funciones de monitoreo y supervisión por computador, con capacidad de integración dentro de una red comercial. De igual forma, se desarrolló un aporte académico, en áreas de desarrollo profesional como instrumentación electrónica, automatización de procesos y comunicaciones industriales, dentro de la Universidad Industrial de Santander. 20

21 1. Protocolo AS-INTERFACE AS-Interface es un bus de campo serial, que ha sido utilizado desde 1994, para la conexión de sensores/actuadores digitales (posteriormente para sensores analógicos) a una red industrial. Este protocolo fue diseñado para trabajar con el nivel de instrumentación de la pirámide de automatización, en donde permite adquirir información del proceso y enviar ordenes de control interpretadas por un maestro AS-I a los elementos conectados a la red; dicho protocolo puede manejar redes de corta envergadura sin que sea necesario el uso de repetidores de señal (Distancias menores a 100m); pero su principal característica y ventaja, es la transmisión de datos y alimentación a través de la misma línea. Finalmente, sus especificaciones están abiertas a dominio público, bajo los estándares IEC y EN50295 [1] COMPONENTES E INTERFASES DE UNA RED AS-I AS-Interface corresponde a un sistema de comunicación tipo maestro-esclavo, compuesto por un solo maestro y máximo 31 esclavos (62 para direccionamiento extendido). El maestro envía datos y parámetros a un determinado esclavo, éste toma la información, la procesa, ejecuta la orden recibida y notifica al maestro la orden cumplida, esto procedimiento se conoce como cyclic polling ó request - answer. Un esquema general que muestra cada una de las interfaces de AS-Interface se presenta en la figura 1.1, las cuales van a ser brevemente descritas a continuación, junto con los principales agentes activos de la red. 21

22 Interfaces de AS-Interface Monitoreo y control Maestro AS-Interface Interface 3 Suministro de Potencia Interface 2 AS-Interface linea Esclavo 1 Esclavo 2 Esclavo 3 Esclavo 4 Actuadores y sensores Actuadores y sensores Actuadores y sensores Actuadores y sensores Interface 1 Figura 1.1 Esquema de Interfases de una red AS-I Interface 1: Es la interfaz entre los actuadores y sensores con el controlador inmediato, configurado como esclavo en la red AS-I. Esclavo AS-Interface: Es el elemento que puede ser modificado por el maestro de forma remota a través de la línea AS-i. Interface 2: Contiene la capa física de comunicación y alimentación de todos los dispositivos de la red, encargada de codificar la información y distribuirla, al igual que la fuente de potencia. Fuente AS-Interface: Suministra la potencia DC para la red AS-I, energizando cada uno de sus componentes a través de la línea AS-Interface. Maestro AS-Interface: Unidad encargada de ordenar y monitorear la red, se encarga de mantener la comunicación constante entre los esclavos. Es el elemento mas importante de la red, la cual direcciona cada uno de los dispositivos 22

23 interconectados, además de darles ordenes y pedir registros de funcionamiento para el monitoreo y supervisión. Interface 3: Es la interfase hombre maquina, que permite, el monitoreo de la red y la supervisión por parte del operario. Adicionalmente,proporciona todas las funciones utilizadas por el maestro para el control de la red AS-I. Repetidor AS-Interface: Unidad encargada de reenviar la señal presente en la red AS-i, y de aislar galvánicamente la red para dispositivos encontrados a más de 100m de longitud CARACTERÍSTICAS TRANSMISIÓN DE LA LÍNEA AS-I El sistema de transmisión AS-i ejecuta una comunicación digital, serial y multipunto, de un maestro con otros dispositivos configurados como esclavos, sobre una línea bifilar sin apantallamiento. A través de la cual se transmiten simultáneamente los datos del proceso y la alimentación de los dispositivos conectados a la red. El maestro genera una pregunta (Request) y el esclavo responde a dicha petición (Response), generando una señal binaria de 14Bits y 7Bits respectivamente, según los estipulado en [1]. Algunas de las características principales del protocolo AS-interface se consignan en la Tabla

24 Tabla1.1. Características principales de la res AS-I Característica Descripción Velocidad de Transmisión kbps Tiempo de bit [T B ] 6 μs Número de esclavos 31 en modo estandar, 62 en modo extendido Tiempo máximo de ciclo 5 ms Detección de error Bit de paridad Corrección de error Reenvio de datos por parte del maestro Acceso al medio Sondeo cíclico por parte del maestro Tipo de bus Maestro Esclavo, Monomaestro CODIFICACIÓN DE LA SEÑAL En el bus de comunicación, las tramas de señal transmitidas son codificadas en formato Manchester II, seguido de una modulación APM (Alternate Pulse Modulation) esto quiere decir que durante la transmisión, cada pulse negativo es seguido por un pulso positivo(redundancia Implicita). Producto de este proceso, un 0 binario, es representado por un alto y un bajo (Flanco descendente), mientras que un uno 1, se representa con un bajo y un alto, (Flanco ascendente) ( Figura 1.2 ), cada uno de ellos en medio tiempo de bit, en este caso es de 3 μs. Cuando no hay transmisión, el nivel permanecerá en un estado lógico alto. 24

25 Figura 1.2. Formas de onda de la señal AS-I Después de dicho proceso, los pulsos de voltaje resultantes pueden ser modelados idealmente, tal como se menciona en [1], por la ecuación. 2 2πt U ( t) = ± U SEND * Sin 6 6*10 Con U SEND 2 [V] (I) La señal resultante, transmitida por la red a una velocidad aproximada de kbps, es mostrada la figura

26 REQUERIMIENTOS DE RECEPCIÓN Tomando como referencia la figura 1.3, la máxima amplitud del pulso (V max ) en una red AS-I puede variar entre 1.5V pico y 4V pico, siendo consecuencia directa de estas variaciones la ubicación o la configuración de los esclavos, debido a que poseen distintas configuraciones. Para la validación de un pulso y entenderlo como parte del mensaje, su amplitud debe estar entre el 65% y 100% de V max. Además, los picos inferiores al 30% de V max, se consideran ruido que no debe afectar el mensaje. Todo esto se realiza en base a la amplitud del pulso inicial de la transmisión. Los tiempos de duración para cada uno de los pulsos debe ser de 3 μs, con unas tolerancias descritas en [1 página 19]. Algo que se debe tener en cuenta, es que al utilizar la misma línea para transmitir señal y a la vez energía, la fuente debe tener requerimientos de simetría muy bien definidos, con el fin de no alterar la señal analógica que se quiere transmitir. De igual forma, cuando se quiere tomar la señal presente en la red, la adquisición debe ser totalmente simétrica, evitando afectar la configuración de la línea de transmisión. Figura 1.3. Validación de pulsos 26

27 1.3. COMUNICACIÓN PRINCIPIOS El protocolo AS-i, es un sistema de comunicación monomaestro con 31 esclavos (62 en modo extendido), cada uno con única dirección en el rango de 1 a 31. Aquellos esclavos que posean una dirección de operación, responden a los datos y peticiones realizadas por el maestro. Una transacción simple esta compuesta de una petición de maestro y se complementa con una respuesta de esclavo. Una transacción es combinada cuando existen varias transacciones simples CONTROL DE TRANSMISIÓN. El intercambio de datos entre el maestro y los esclavos está implementada por el proceso de transacciones. Una transacción inicia con una petición de maestro, el cual espera por una respuesta del esclavo dentro de determinado tiempo; si el esclavo no responde en ese tiempo, el maestro repetirá el mensaje una vez más. Después de recibir una respuesta válida, el maestro deberá iniciar la siguiente transacción, una vez el tiempo de espera haya terminado. Los esclavos no responden al maestro, si detectan una falla en la petición o si el maestro emite una petición no definida. Revisar la figura

28 REQUERIMIENTOS DE TIEMPO En el protocolo AS-i una transacción se divide en dos acciones, master request slave response; dos intervalos de tiempo, master pause send pause; y en ausencia de la respuesta de esclavo, esta se monitorea por el slave response time-out. Revisar la figura 1.4 y 1.5. Figura 1.4. Control de transmisión Figura 1.5. Tiempos en transacciones A continuación se definen los tiempos de espera y las acciones respectivas según la norma [1]. Petición de maestro (Master Request): Mensaje enviado por el maestro hacia un esclavo en operación. 28

29 Pausa de maestro (Master pause): Durante este tiempo el esclavo procesa la pregunta del maestro y produce su respuesta. Respuesta de esclavo (Slave Response): Envío de datos del esclavo hacia el maestro, o el comando de respuesta al maestro después de cierta petición. Pausa de esclavo (Slave pause): Después de recibir una respuesta de esclavo, debe existir un tiempo mínimo durante el cual no debe realizarse ninguna transmisión. Esta pausa corresponde a un tiempo entre 1T B y 2T B. Pausa de envío (Send pause): Después de recibir una respuesta de esclavo, debe existir un tiempo mínimo durante el cual no debe realizarse ninguna transmisión. En operación normal con más de 30 transacciones por ciclo, esta pausa debe ser igual a una pausa de esclavo. Si existen 30 o menos transacciones por ciclos, esta pausa puede ser prolongada hasta 500 μs. Slave response time-out: Si el maestro no recibe ninguna respuesta del esclavo que consulta, dentro de un tiempo definido (Slave response time-out), el maestro debe finalizar la transacción o repetir la petición. Esta pausa debe ser máximo de 10T B ESTRUCTURA DE LOS MENSAJES AS-i La estructura del datagrama para el maestro y el esclavo, se muestra en la figura 1.6 a y b respectivamente, y las especificaciones de estas se muestran en la tabla

30 ST CB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB EB ST I3 I2 I1 I0 PB EB Dirección Información Información a) b) Figura 1.6. Estructura de los mensajes : a) Petición de maestro b)respuesta de esclavo BIT Significado Comentario ST Bit de Inico Identifica el inicio del mensaje. Siempre ST=0 CB Bit de Control Identifica el tipo de pregunta del maestro A4 A0 Dirección (5 Bits) Direccion de los esclavos I4 I0 Información Bits que contienen la petición del maestro I3 I0 Información Bits que contienen la respuesta del esclavo PB Bit de Paridad Bit de detección de errores EB Bit de Fin Identifica el final del mensaje. Siempre EB=1 Tabla 1.2. Explicación de bits de la trama del mensaje Como se puede observar en las figuras anteriores, tanto las peticiones de los maestros como las respuestas de los esclavos poseen un bit de inicio fijo en 0 y un bit de fin fijo en 1. Adicionalmente, las estructuras utilizan un bit de paridad para la detección de errores, lo cual permite mayor seguridad en el intercambio de datos; donde la paridad calculada es par, es decir,el mensaje siempre tiene un número par de 1, sin incluir los bits de inicio y fin de trama TRANSACCIONES AS-I El protocolo AS-I define cuatro tipos de transacciones, las cuales son definidas a continuación. Así mismo se presentaran las estructuras básicas de cada uno de los respectivos datagramas de maestro (Figura 1.7) y esclavo (Figura 1.8). 30

31 Data_Exchange: Sirve para entregar y/o recibir el patrón de datos de las entradas/ salidas del esclavo. Write_Parameter: Sirve para entregar y/o recibir el patrón de bits de los parámetros de los puertos del esclavo. Address_Asignment: Asignar dirección al esclavo. Comands: Toma datos y aplica las siguientes funciones: Reset AS-I Slave: Reinicia la máquina de estados del esclavo (enviándolo al estado INIT) en un tiempo inferior a 2ms, tiempo durante el cual el esclavo no debe responder ninguna petición hecha por el maestro. Además, este comando permite recuperar la dirección del esclavo, si esta ha sido borrada con el comando Delete Address. Delete Address: Borra la dirección actual del esclavo, para permitir la asignación de una nueva dirección con la transacción Address Assignment. Read I/O Configuration: Permite al maestro leer el registro I/O Configuration del esclavo. Read Identification Code: Permite al maestro leer el registro ID Code del esclavo. Read Status: Permite al maestro leer el registro Status del esclavo. 31

32 ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Data_Exchange =0 =0 A4 A3 A2 A1 A0 =0 D3 D2 D1 D0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Write_Parameter =0 =0 A4 A3 A2 A1 A0 =1 P3 P2 P1 P0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Address_Assignment =0 =0 =0 =0 =0 =0 =0 A4 A3 A2 A1 A0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Write_Extended_ID-Code_1 =0 =1 =0 =0 =0 =0 =0 =0 ID3 ID2 ID1 ID0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Delete_Address =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =0 =0 =0 =0 =0 PB =1 5 Bits Dirección 4 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Reset_Slave =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =1 =1 =0 =0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Read_I/O_Configuration =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =0 =0 =0 =0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Read_ID-Code =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =0 =0 =0 =1 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I3 I2 I1 I0 EB Read_Extended_ID-Code_1 =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =0 =0 =1 =0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Read_Extended_ID-Code_2 =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =0 =0 =1 =1 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Read_Status =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =1 =1 =1 =0 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB R1 =0 =1 A4 A3 A2 A1 A0 =1 =1 =1 =1 =1 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información ST CB I4 I3 I2 I1 I0 EB Broadcast =0 =1 =1 =1 =1 =1 =1 =1 =0 =1 =0 =1 PB =1 5 Bits Dirección 5 Bits Información Figura 1.7. Tramas del maestro para cada transacción en modo estandar 32

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