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1 FIP Présentation Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France.

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1 1 FIP Présentation Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France

2 2 Historique FIP IEC Central Office 3, rue de Varembé P.O. Box 131 CH GENEVA 20 Switzerland Phone: Fax: La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des normes internationales pour tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et aux technologies apparentées. Celles-ci servent de base à la normalisation nationale et de références lorsqu'il s'agit de rédiger des soumissions et des contrats internationaux. Lassociation WorldFIP a été créée en mars 1987, sous le nom originel de CLUB FIP (Flux Information Process) Le processus de décision de créer un réseau de terrain industriel a été initié avec le ministère de lindustrie en 1982 En 1984, le groupe projet publia les concepts FIP. Plusieurs constructeurs viennent rejoindre le groupe en TELEMECANIQUE - MERLIN GERIN - CGEE ALSTOM - CSEE (CETIA) FIP Flux Information Process FIP est standardisé sous la norme WordFip EN50170 (européenne) et IEC61158

3 3 FIP permet la répartition de lintelligence, du contrôle, des données Unité de Traitement Capteurs / Actionneurs FIP Présentation Le mécanisme de diffusion des données, mécanisme de base de FIP, assure les cohérences spatiales et temporelles de données chez tous les abonnés consommant un ensemble de variables. Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR

4 4 Topologie générale Cable principal 2 Cable principal 1 Segments terminaux FIP JBBoîte de jonction TAPDérivateur REPRépéteur DBBoîte de diffusion DSAbonné déconnectable localement DNSAbonné non déconnectable localement Vitesses : Norme couche physique cuivre 3 normes : - S1 : 31,25 Kb/s basse vitesse - S2 : 1 Mb/s haute vitesse - S3 : 2,5 MB/s haute vitesse - Fibre optique 5 Mb/s

5 5 Codage Bit Logique « 1 » ou EB+ Logique « 0 » ou EB- Violation V+ Violation V- Le codage bit est du type MANCHESTER FIP

6 6 PRE FSD FED PRE permet de synchroniser lhorloge de réception FSD indique à la couche liaison de données le début de linformation utile (CAD) FED permet à la couche liaison de trouver la fin du champ CAD CAD contient les contrôles et les données utile Trame FIP PREPréambulePreambule FSDDélimiteur de début de trameFramse Start Delimiter CADContrôle et donnéesControl and data FEDDélimiteur de fin de trameFrame End delimiter La couche physique ajoute 21 symboles à toute trame émise us à 31,25 Kb/s - 21 us à 1 Mb/s - 8,4 us à 2,5 Mb/s Toute trame FIP est composée de 3 parties : - La séquence de début de trame - Le champ de contrôle et données - La séquence de fin de trame FIP

7 7 Couche liaison de données FIP Couche liaison Échange de variables identifiées Transfert de messages 2 types de services de transmissions : Echanges Cycliquement - périodicité par variable définie à l'initialisation Sur demande - sur demandes explicite des utilisateurs Les échanges peuvent se faire : Adressages variables - 1 identifieur 16 bits par variable messages - en point à point uniquement, adresses codées sur 24 bits Adressage :

8 8 Couche liaison de données Interface couche application – couche liaison de données Un buffer produit correspond à lidentifieur K Un buffer consommé correspond à lidentifieur A K A Ne génère aucune activité sur le bus FIP Sur cet exemple, la couche liaison de données contient :

9 9 Tranfert de buffer Les buffers produits ou consommés sont également accessibles par le bus, qui prélève ou dépose des valeurs de buffer. Ce mécanisme sappelle le transfert de buffer. FIP Les buffers sont à double accès, la couche liaison de données doit résoudre les problèmes posés par les conflits daccès.

10 10 Pour réaliser le mécanisme de transfert de buffer, larbitre de bus émet des trames question ID_DAT, en précisant le Numéro dIdentifieur FIP Tranfert de buffer Indication démission de la valeur sur le bus Indication de réception de la valeur Donnée produite K Donnée consommée A

11 11 Mécanisme dallocation du medium Le réseau FIP est constitué de stations possédant deux types de fonctionnalités : - Larbitrage de bus : gestion daccès au medium - La fonction production / consommation Larbitre de Bus BA : Bus arbitrer contient la table de scrutation des variables FIP

12 12 Production dune variable Le modèle producteur - Consommateur FIP Larbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A La valeur de la variable A est mise en diffusion générale ProducteurConsommateur

13 13 Table darbitrage de bus Lexemple ci-dessous indique comment configurer larbitre de bus pour garantir une scrutation déterministe Exemple Le temps indiqué comprend lémission et la réception, ainsi quun temps de retournement de 20 us. FIP Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être : de type simple : - Booléen - Entier (notation complémentaire à 2) - Chaine binaire (maxi 32 octets) - Chaine d'octets (maxi 126 octets) - Chaine visible (maxi 126 octets) - Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS - Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754) - Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) - BCD De type structuré : - structure de type simple - structure de structure - tableau - tableau de tableau -tableau de structure …………

14 14 Scrutation des variables Le dessin ci-dessous représente une répartition possible des identifieurs A à F sur un axe de temps, en fonction des périodicités de chacune des variables Chaque tranche de temps constitue un cycle élémentaire : ici égal à 5 ms A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E 20 ms F 30 ms FIP

15 15 Scrutation des variables En fonction des renseignements précédents, on peut dresser la table de charge du réseau Temps pour le trafic apériodique temps 1 Mb/s 5 ms Charge trafic Trafic périodique A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E 20 ms F 30 ms FIP

16 16 Scrutation des variables Cycle élémentaire Macrocycle temps Durée du cycle élémentaire Larbitre de bus déroulera à linfini les mêmes cycles A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E 20 ms F 30 ms FIP

17 17 Scrutation des variables Temps pour le trafic apériodique Une autre répartition plus uniforme des identifieurs au sein des cycles élémentaires pourrait être la suivante A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E 20 ms F 30 ms FIP

18 18 Cycle élémentaire Fenêtre déchange des variables cycliques Fenêtre déchange des variables apériodiques Fenêtre déchange des messages apériodiques Fenêtre de synchronisation – remplissage (padding) Chaque cycle élémentaire est composé de 4 fenêtres FIP Echanges cycliques Déterministes Echanges acycliques Non Déterministes Remplissage

19 19 Demande de transfert variable périodique Le modèle producteur - Consommateur FIP Larbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A La valeur de la variable A est mise en diffusion générale ProducteurConsommateur

20 20 Ce mécanisme se déroule en 3 étapes : Demande de transfert variable apériodique Etape 1 File dattente - normal - urgent Pendant le trafic périodique : positionnement dune requête Requête FIP ProducteurConsommateur

21 21 Demande de transfert variable apériodique Etape 2 Dans la fenêtre des variables apériodiques : émission de la requête Liste des variables apériodiques à servir (identifieurs) File dattente spécifique FIP

22 22 Demande de transfert variable apériodique Etape 3 Larbitre de bus diffuse la valeur de lidentifieur qui sera produit puis consommé par les autres stations. Une station demandant un transfert apériodique peut être : - Productrice de la variable - Consommatrice - Productrice et consommatrice Larbitre sert une ou plusieurs variables, en fonction du temps apériodique disponible FIP ProducteurConsommateur

23 23 Demandes apériodiques File « urgent » File « normal » Buffer producteur Identifieur K Fenêtre périodique Fenêtre apériodique Les demandes peuvent être de deux natures - Libres (L_FREE_UPDATE.req) - Spécifiées (L_SPEC_UPDATE.req) Le mécanisme « spécifié » fonctionne à peu près de la même façon. La file dattente est remplacée par un buffer de la variable. Il est uniquement utilisé par la couche application pour réaliser le mécanisme de cohérence spatiale. Ce mécanisme est interne à la couche application Le mécanisme «libre » FIP Puis B

24 24 Demande de transfert de messages SANS acquittement En point à point ou en diffusion générale Ce mécanisme se déroule en 3 étapes : Etape 1 File dattente des messages FIP Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »

25 25 Demande de transfert de messages SANS acquittement Etape 2 FIP Producteur Consommateurs Message en diffusion générale

26 26 Demande de transfert de messages SANS acquittement Etape 3 FIP Le producteur envoie un signal de fin de transaction message Producteur Toutes les stations recoivent lindication de fin de message Fin de transaction

27 27 Demande de transfert de messages AVEC acquittement En point à point Ce mécanisme se déroule en 4 étapes : Etape 1 File dattente des messages FIP Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message » Permet de fiabiliser des échanges en Point à Point

28 28 Demande de transfert de messages AVEC acquittement Etape 2 FIP Envoi du message

29 29 Demande de transfert de messages AVEC acquittement Etape 3 FIP Etape 4 Acquittement du message Fin de transaction message

30 30 Classes de conformité Transfert de buffer Ecriture de buffer Lecture de buffer Demande explicite libre Demande explicite spécifiée Message sans acquittement Message avec acquittement Service supporté Service non supporté FIP Définit la classe de la station. Toute station FIP possède au moins les mécanismes de transfert de buffer et décriture de buffer

31 31 Trames transfert de buffer Trames de question : ID_DAT, ID_RQ et ID_MSG Elles ne diffèrent que de quelques bits dans le champ de contrôle Trames de réponse : RP-DAT réponse à une trame ID_DAT FIP

32 32 Trames de réponse Trames de réponse requête : RP_RQ réponse à une trame ID_RQ Trames de réponse : RP_MSG_xx réponse à une trame ID_MSG Une station répond à une trame ID_MSG par une trame RP_MSG_NOACK ou RP_MSG_ACK FIP

33 33 Trames de réponse Trames de réponse requête : RP_ACK suite à une trame de message avec demande dacquittement Trames de réponse : RP_FIN suite à une émission de message, fin de transaction de message FIP

34 34 Performance – transfert de buffer La trame RP suit une trame ID. TR est le temps de retournement. La trame RP_DAT doit intervenir dans ce délai borné. Le temps de retournement TR est défini dans la norme gestion de réseau. 10 TMAC <= TR <= 70 TMAC TMAC = temps démission dun symbole de couche physique 1, 0, V+, V-, 0 à 31,25 Kb/s 22,4 us < TR < 320 us à 1 Mb/s 10 us < TR < 70 us à 2,5 Mb/s 4 us < TR < 28 us FIP

35 35 Informations de service Chaque couche ajoute de linformation de service à ce quelle reçoit de la couche supérieure Le nombre de bits ajoutés est de 61 bits, quelle que soit la longueur des données Couche utilisateur Couche application Couche liaison Couche physique +2 octets +3 octets +21 bits Longueur des données utiles FIP

36 36 Temps de transaction Le temps total dune transaction est composé des durées suivantes : - Emission de la trame question - Temps de retournement - Émission de la trame réponse - Temps de retournement Durée démission de la trame question : 61 TMAC (constant) Durée démission de la trame réponse = 61 TMAC + n*8 TMC (n=nombre doctets utilisateur) Durée temps de retournement = 2*TR TMAC (TR>=10 et TR<=70) Lefficacité est égale au temps démission de linformation utile divisé par la durée de la transaction Efficacité = n*8 TMAC / (61 TMAC + TR TMAC + 61 TMAC + n*8 TMAC + TR TMAC) Efficacité = n * 8 TMAC / ( 122 TMAC + 2 TR TMAC + n * 8 TMAC ) FIP

37 37 Calculs selon TR Longueur utile efficacité débit réel pour 1 Mb/s débit réel pour 2,5 Mb/s Calculs pour TR = 70 Calculs pour TR = 10 FIP

38 38 Couche application MPS Les services de FIP se regroupent en 3 ensembles distincts : - ABAS – Services application d'arbitrage de bus - MPS – Services périodiques / apériodiques variables - subMMS – Sous-ensemble de service de messagerie La couche applicaton MPS offre à l'utilisateur : - Des services de lectures/écritures locales - Des services de lectures/écritures distantes - Des indications d'émission/réception variables - Des informations de fraîcheur des informations consommées - Des informations de cohérences spatiales et temporelles des données Couche 7 Couche 2 Couche 1 FIP

39 39 Lectures / écritures locales FIP Bus activity Aucune activité déclenchée sur le bus Les buffers des variables sont écrits ou lus depuis la couche applicative, sans déclencher dactivité bus

40 40 Indications de réception / émission FIP La couche applicative reçoit des indications, fonction de lactivité du bus

41 41 Lectures / Ecritures distances FIP AP Mécanisme de lecture de la variable A

42 42 Resynchronisation Le mécanisme de resynchronisation en consommation consiste à recopier le contenu du buffer public dans le buffer privé, sur réception d'une variable de synchronisation FIP

43 43 Synchronisation des variables Les contenus des buffers privés et publics, en fonction du temps, pour une variable produite resynchronisée FIP

44 44 Promptitudes et rafraîchissements Rafraîchissement asynchrone Chaque consommateur, par l'intermédiaire d'un service de lecture, en accédant au status, sait si le producteur de la variable a respecté le délai de production attaché à la variable FIP Etat du rafraichissement : Mécanisme de lélaboration de la période de production (ms) Ecriture asynchrone (valeur)Lecture asynchrone (valeur, status) ProducteurConsomateur Status, Valeur

45 45 Promptitudes et rafraîchissements Rafraîchissement asynchrone A chaque nouvelle écriture de valeur, la couche application arme le timer associé à la variable, avec la valeur de la période de production. Le status est vrai tant que ce timer n'expire pas. FIP

46 46 Promptitudes et rafraîchissements Rafraîchissement synchrone A chaque réception de variable de synchronisation, le timer est réarmé avec la valeur de la période de production, le status passe à faux. Lorsque lutilisateur dépose une nouvelle valeur, si le timer na pas expiré, le status devient vrai et le restera jusquà expiration ou réception dune nouvelle variable de synchronisation FIP s = point de réception de la variable de synchronisation p = point de la variable en production (A_WRITELOC) Période de production True Status False

47 47 Promptitudes et rafraîchissements Promptitude asynchrone Dans cet exemple: pour la même variable, une station élabore un status de promptitude asynchrone, l'autre pas. Lors d'une lecture, récupération de la valeur de la variable ainsi que la status de promptitude. La station saura si le producteur respecte sa période de production, et si le mécanisme de transfert de buffer fonctionne correctement FIP Ecriture asynchrone (valeur) Valeur, status lecture asynchroneValeur lecture asynchrone valeur consommateurProducteur consommateur Etat de promptitude Mécanisme délaboration de la période de consommation (ms)

48 48 Promptitudes et rafraîchissements Lorsque l'entité de communication reçoit une nouvelle valeur, elle arme un timer de promptitude asynchrone associé à la variable consommée avec la valeur de la période de consommation. Il le restera tant que le timer n'expire pas. Promptitude asynchrone FIP C = réception de la variable consommée Timer de période de consommation True Status False

49 49 Cohérences temporelles et spatiales Cohérence temporelle de production t1 t2 t3 t4 a V V V V b V F V V c F V V V ET logique des états F F V V Etat des Rafraîchissements individuels Exemple de 3 capteurs : Débit Pression Température La cohérence temporelle de consommation est un ET logique sur tous les états de proptitudes individuels V = Vrai F = Faux FIP A_READLIST.rq(,CSP)

50 50 Cohérences temporelles et spatiales Cohérence spatiale La cohérence spatiale est un état booléen élaboré optionnellement par les couches applications consommatrices d'une liste de variable. Si toutes les copies de la liste sont identiques, l'état est Vrai, sinon il est Faux. Etat booléen Liste de variables FIP Vrai si identiques Faux si différents

51 51 Types de variables et Protocol Data Unit (PDUs) Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être : de type simple : Booléen Entier (notation complémentaire à 2) Chaine binaire (maxi 32 octets) Chaine d'octets (maxi 126 octets) Chaine visible (maxi 126 octets) Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754) Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) BCD De type structuré : structure de type simple structure de structure tableau tableau de tableau tableau de structure ………… Ces variables sont transportées sur le réseau à l'intérieur de PDU Dans l'exemple, la couche application ajoute 2 octets au codage de l'entier 16 bits. - Le premier indique le type du PDU - Le second indique la longueur de l'information contenue FIP Exemple pour un entier 16 bits

52 52 Gestion de réseau Les services de gestion de réseau sont regroupés dans 2 familles de services : SM-MPS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur MPS SMS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur la messagerie (MCS-MSG) MIB : ressources de communication Base d'information de gestion MIB est une structure des données arborescente décrivant couche par couche chacun des attributs, ainsi que la portée de chaque service. FIP Service Message Service périodiques et apériodiques Service Arbitreur de bus Bus arb.Apériodique/périod. Messages

53 53 Les fonctions essentielles de gestion de réseau sont au nombre de 3 : Gestion du mode opératoire Commandes de start/stop Commandes de Validation / Invalidation Commandes de reset Fonctions de Lecture / Ecriture Gestion de la configuration Création d'objets Destruction d'objets Démarrage / arrêt d'entités de communication Gestion des défauts et performances Lecture de compteurs Mise à zéro de compteurs Gestion de réseau FIP

54 54 Gestion de réseau Une station FIP dispose de 2 types de processus application distincts : - L' AP utilisateur qui réalise des fonctions d'une application répartie - Le SMAP qui gère les fonctions de gestion de réseau Station FIP Manager Station FIP Agent SMAP Manager gère le réseau, SMAP Agent répond à des sollicitations distantes SMAP : System Manager Application Process FIP

55 55 Gestion de réseau Multi - AEs Une station FIP peut, pour des besoins de sécurité, de démarrages progressifs ou pour des problèmes de limitations de SM-MPS, gérer jusqu'à 8 entités d'application AE/SEi FIP

56 56 Les services SM - MPS permettent : L'affectation d'adressage physique et de tagName Le téléchargement des identifieurs La relecture de configuration (télélecture) La télécommande (start, stop, invalidation d'une ou plusieurs AE/SE) Services SM-MPS Le télécontrôle (lecture de l'état opératoire des AE/SE) Le rapport (ensemble des compteurs d'erreur et de performances) La gestion d'une variable de présence et d'identification La gestion d'une liste de stations présentes FIP

57 57 Normes FIP FIP est standardisé au niveau européen sous la norme WordFip EN50170

58 58 FIP Détail de la normes

59 59 Fin de présentation Merci de votre attention Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France


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