（1）EPA服務棧模塊：系統(tǒng)管理服務包括設備查詢、設備聲明等服務，應用訪問服務包括域操作服務、事件操作服務、變量操作服務，各種服務對相應的服務報文進行處理。 以域下載服務為例說明服務棧的實現(xiàn)流程如圖3示。

（2）EPA套接字映射模塊：對服務棧數(shù)據(jù)進行封裝，并作為與UDP層之間的數(shù)據(jù)接口，其接口函數(shù)包括創(chuàng)建與關閉EPA套接字函數(shù)、發(fā)送應用服務報文與響應報文函數(shù)，發(fā)送系統(tǒng)管理報文與響應報文函數(shù)，從UDP層接收應用服務與系統(tǒng)管理報文函數(shù)等。EPA套接字開UDP套接字的實現(xiàn)語句如下：

if(!udp_open(gEPA_AP_Sock, EPA_AP_PORT, -1, EPA_AP_PORT, NULL))

SockErr=1;

else SockErr=0;

（3）時鐘同步服務的實現(xiàn)采用IEEE 1588精確時鐘同步協(xié)議，該協(xié)議用于分布式系統(tǒng)中的設備通過以太網(wǎng)的亞微秒級時鐘同步。設備與主時鐘通過交換同步報文而實現(xiàn)同步，同步報文分為同步信息(Sync)、附加信息(Follow_Up)、延時請求(Delay_Req)、延時響應(Delay_Rsp)四種報文。同步過程分兩個階段，第一階段通過Sync和Follow_Up報文測量時間偏差，第二個階段通過Delay_Req和Delay_Rsp測量延遲（網(wǎng)絡延遲和協(xié)議棧延遲），進一步校正偏差。為了進一步減少協(xié)議棧帶來的延遲，可以讓時間同步服務盡量接近物理層，這里通過修改TCP/IP庫文件實現(xiàn)。

（4）實時調(diào)度的實現(xiàn)，包括時間中斷調(diào)度函數(shù)――判斷是否到達本設備的周期報文發(fā)送時間或非周期報文發(fā)送開始時間，以及報文發(fā)送函數(shù)――實現(xiàn)對幾個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)隊列報文發(fā)送等。

4.2 在μC/OS-II中的實現(xiàn)

在完成各個模塊的編寫之后，通信協(xié)議在μC/OS-II系統(tǒng)中的實現(xiàn)主要是根據(jù)應用要求進行任務的創(chuàng)建、劃分以及任務間通信與調(diào)度的設計。因為μC/OS-II在RABBIT2000中的移植已經(jīng)由Dynamic開發(fā)平臺實現(xiàn)，這里不再詳細介紹。模塊與任務之間非一一對應關系，因為模塊是基于功能進行劃分，而任務是基于時間優(yōu)先級進行劃分。劃分任務優(yōu)先級就是確定任務實時性要求的過程。實時性要求越高的，則任務優(yōu)先級越高，其對應的優(yōu)先級號越低。μC/OS-II共支持最多56個用戶任務，對于本系統(tǒng)來說是綽綽有余的。按照優(yōu)先級由高到低次序的任務劃分與調(diào)度方案如下：

（1）設備管理任務：完成設備的上電與初始化組態(tài)，之后根據(jù)設備狀態(tài)機，在設備為正?？刹僮鳡顟B(tài)下被掛起，直到設備狀態(tài)被其他事件改變后由信號量激活。

（2）周期性報文發(fā)送任務：由時間調(diào)度任務在宏周期內(nèi)本設備周期性報文發(fā)送時間到達時產(chǎn)生中斷激活而進入就緒狀態(tài)，在中斷退出后成為最高優(yōu)先級任務被執(zhí)行，立即發(fā)送周期性報文，發(fā)送完畢即掛起等待下一次激活。

（3）非周期性報文發(fā)送任務：與任務（2）相似，在非周期報文發(fā)送時間到被激活，通過調(diào)度算法發(fā)送非周期性報文。以上兩個任務由于不會在同一時間段執(zhí)行，因此實際運行時的優(yōu)先級是等同的。

（4）功能塊調(diào)度任務：在組態(tài)的功能塊調(diào)度時間到達時被激活，或者在控制回路中上一個功能塊執(zhí)行之后被激活，立刻執(zhí)行后掛起。由于首先要確保EPA網(wǎng)絡通信的確定性，所以此任務的優(yōu)先級低于前兩個任務。

（5）時間調(diào)度任務：通過對網(wǎng)絡時間的判斷，在到達以上三個任務的執(zhí)行時間時進入時間中斷函數(shù)，給相應的任務發(fā)送信號量，使任務進入就緒狀態(tài)，中斷退出即可以執(zhí)行就緒的高優(yōu)先級任務。根據(jù)時間精度的要求設置內(nèi)核調(diào)用OSTimeTick的頻率，可以通過#define OS_TICKS_PER_SEC 256，實現(xiàn)每秒256次的Tick頻率。

（6）普通報文接收任務：套接字映射實體偵聽來自EPA網(wǎng)絡的報文并根據(jù)需要調(diào)用相應的應用層服務處理報文，設為每100ms執(zhí)行一次。

（7）時鐘同步任務：獨立接收與發(fā)送時間同步報文，以確保設備時間與網(wǎng)絡時間的同步。由于主時鐘發(fā)送Sync報文周期為2秒一次，所以其優(yōu)先級可以低于時間調(diào)度任務，設為每2秒執(zhí)行一次。

（8）串口通信任務：與電動執(zhí)行器進行周期性的串口通信，根據(jù)電動執(zhí)行器的物理特性，通信頻率設為每秒2次，其通信方法在后文中介紹。

各任務之間采用全局變量或者消息機制進行通信，以完成任務狀態(tài)機的變化。任務堆棧則根據(jù)各任務的實際需要分配，這里不再詳述。

5. 測試

為了測試通信協(xié)議的實現(xiàn)，使用通信卡的RS-232串口與某型電動執(zhí)行器的異步串行通信接口相連，形成一個EPA現(xiàn)場設備。EPA通信卡接收來自EPA網(wǎng)絡的閥位指令并通過串行口傳送給電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器接到閥位指令后向網(wǎng)板發(fā)出應答幀，雙方各自一收一發(fā)完成一個周期的通信。通信中網(wǎng)板是主節(jié)點，電動執(zhí)行器為從節(jié)點，每周期通信均是由通信卡發(fā)起，電動執(zhí)行器響應。

通過EPA網(wǎng)橋?qū)⒃撛O備加入EPA網(wǎng)絡進行測試，經(jīng)過專家組的驗收，該實驗系統(tǒng)成功通過了一致性測試、互可操作性測試等服務測試，時鐘同步精度也達到了毫秒級，基本上實現(xiàn)了EPA通信卡的功能。

6. 結(jié)束語

系統(tǒng)實時性要求越高，對硬件的要求也越高，如果要求時鐘同步精度和通信調(diào)度發(fā)送報文的時間精度達到實際應用的水平，并且進一步提高EPA設備通信的可靠性，則需要采用硬件實現(xiàn)的方法，即開發(fā)EPA專用通信芯片，在芯片級實現(xiàn)通信協(xié)議，預計EPA芯片很快會面世。相信在眾多研究機構(gòu)與廠商的共同努力下，EPA的推廣應用將會取得豐碩的成果。

本文作者創(chuàng)新點：針對EPA通信協(xié)議提出了一種新的實現(xiàn)方法，此方法基于μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)，用多任務的方式實現(xiàn)了各個協(xié)議實體及其調(diào)度。