Estudo da utilização do protocolo PROFIBUS para aplicações com grande número de estações escravas

Neste trabalho são descritas a arquitetura e as propriedades características do protocolo PROFIBUS, nome dado a um entre os diversos protocolos existentes na área industrial. Utilizando uma versão do protocolo PROFIBUS desenvolvida no Laboratório de Instrumentação Eletro-Eletrônica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul foi implementada uma rede composta por uma estação mestre e até 96 estações escravas. A fim de analisar o Tempo de Ciclo de Mensagem e o Tempo de Reação do Sistema foram realizados diversos testes, variando a taxa de comunicação utilizada, o tamanho dos quadros de comunicação e a quantidade de estações escravas que compunham a rede. No final foi feita uma comparação entre os valores práticos obtidos e valores calculados a partir de fórmulas teóricas. Os valores práticos obtidos possibilitam determinar a viabilidade da utilização desta rede em diversas aplicações reais.

Endividamento em firmas com alta propensão à expropriação: o caso de firmas com um controlador

O mercado brasileiro caracteriza-se por estruturas de propriedade concentradas, em um ambiente legal propício à expropriação de minoritários, o que pode influenciar os incentivos aos decisores e, potencialmente, afetar a decisão sobre a utilização de dívida como forma de financiamento das empresas. Este trabalho buscou estudar o nível de endividamento em empresas controladas por um único acionista, aqui classificadas como empresas com alta propensão à expropriação de minoritários, em uma amostra de 322 empresas negociadas na Bovespa entre 1996 e 2002. Os resultados apontaram um menor nível de endividamento dessas empresas, de forma consistente com a hipótese de maior poder de monitoração dos credores. Por outro lado, o seu nível de endividamento aumenta quando decresce o direito dos majoritários aos fluxos de caixa gerados, o que sinaliza para a utilização da dívida como mecanismo de governança.

Controlador dedicado de Ecrãs LCD/TFT

Para dar resposta aos grandes avanços tecnológicos e, consequentemente, à postura mais exigente dos clientes, a empresa Francisco Parracho – Electrónica Industrial, Lda., que tem actividade no ramo dos elevadores, decidiu introduzir no mercado um controlador dedicado de ecrãs Liquid Crystal Display / Thin Film Transistor (LCD / TFT). O objectivo é substituir um sistema suportado por um computador, caracterizado pelas suas elevadas dimensões e custos, mas incontornável até à data, nomeadamente para resoluções de ecrã elevadas. E assim nasceu este trabalho. Com uma selecção criteriosa de todos os componentes e, principalmente, sem funcionalidades inúteis, obteve-se um sistema embebido com dimensões e custos bem mais reduzidos face ao seu opositor. O ecrã apontado para este projecto é um Thin Film Transistor – Liquid Crystal Display (TFT-LCD) da Sharp de 10.4” de qualidade industrial, com uma resolução de 800 x 600 píxeis a 18 bits por píxel. Para tal, foi escolhido um micro-controlador da ATMEL, um AVR de 32 bits que, entre outras características, possui um controlador LCD que suporta resoluções até 2048 x 2048 píxeis, de 1 a 24 bits por píxel. Atendendo ao facto deste produto ser inserido na área dos elevadores, as funcionalidades, quer a nível do hardware quer a nível do software, foram projectadas para este âmbito. Contudo, o conceito aqui exposto é adjacente a quaisquer outras áreas onde este produto se possa aplicar, até porque o software está feito para se tornar bem flexível. Com a ajuda de um kit de desenvolvimento, foram validados os drivers dos controladores e periféricos base deste projecto. De seguida, aplicou-se esse software numa placa de circuito impresso, elaborada no âmbito deste trabalho, para que fossem cumpridos todos os requisitos requeridos pela empresa patrocinadora: - Apresentação de imagens no ecrã consoante o piso; - Possibilidade de ter um texto horizontalmente deslizante;Indicação animada do sentido do elevador; - Representação do piso com deslizamento vertical; - Descrição sumária do directório de pisos também com deslizamento vertical; - Relógio digital; - Leitura dos conteúdos pretendidos através de um cartão SD/MMC; - Possibilidade de actualização dos conteúdos via USB flash drive.

Controlador Boundary-Scan

A crescente complexidade dos sistemas electrónicos associada a um desenvolvimento nas tecnologias de encapsulamento levou à miniaturização dos circuitos integrados, provocando dificuldades e limitações no diagnóstico e detecção de falhas, diminuindo drasticamente a aplicabilidade dos equipamentos ICT. Como forma de lidar com este problema surgiu a infra-estrutura Boundary Scan descrita na norma IEEE1149.1 “Test Access Port and Boundary-Scan Architecture”, aprovada em 1990. Sendo esta solução tecnicamente viável e interessante economicamente para o diagnóstico de defeitos, efectua também outras aplicações. O SVF surgiu do desejo de incutir e fazer com que os fornecedores independentes incluíssem a norma IEEE 1149.1, é desenvolvido num formato ASCII, com o objectivo de enviar sinais, aguardar pela sua resposta, segundo a máscara de dados baseada na norma IEEE1149.1. Actualmente a incorporação do Boundary Scan nos circuitos integrados está em grande expansão e consequentemente usufrui de uma forte implementação no mercado. Neste contexto o objectivo da dissertação é o desenvolvimento de um controlador boundary scan que implemente uma interface com o PC e possibilite o controlo e monitorização da aplicação de teste ao PCB. A arquitectura do controlador desenvolvido contém um módulo de Memória de entrada, um Controlador TAP e uma Memória de saída. A implementação do controlador foi feita através da utilização de uma FPGA, é um dispositivo lógico reconfiguráveis constituído por blocos lógicos e por uma rede de interligações, ambos configuráveis, que permitem ao utilizador implementar as mais variadas funções digitais. A utilização de uma FPGA tem a vantagem de permitir a versatilidade do controlador, facilidade na alteração do seu código e possibilidade de inserir mais controladores dentro da FPGA. Foi desenvolvido o protocolo de comunicação e sincronização entre os vários módulos, permitindo o controlo e monitorização dos estímulos enviados e recebidos ao PCB, executados automaticamente através do software do Controlador TAP e de acordo com a norma IEEE 1149.1. A solução proposta foi validada por simulação utilizando o simulador da Xilinx. Foram analisados todos os sinais que constituem o controlador e verificado o correcto funcionamento de todos os seus módulos. Esta solução executa todas as sequências pretendidas e necessárias (envio de estímulos) à realização dos testes ao PCB. Recebe e armazena os dados obtidos, enviando-os posteriormente para a memória de saída. A execução do trabalho permitiu concluir que os projectos de componentes electrónicos tenderão a ser descritos num nível de abstracção mais elevado, recorrendo cada vez mais ao uso de linguagens de hardware, no qual o VHDL é uma excelente ferramenta de programação. O controlador desenvolvido será uma ferramenta bastante útil e versátil para o teste de PCBs e outras funcionalidades disponibilizadas pelas infra-estruturas BS.

The influence of inter-domain mobility on message stream response time in wired/wireless PROFIBUS-based networks

In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS solution where the interconnection between the heterogeneous media was accomplished through bridge-like devices with wireless stations being able to move between different wireless cells. Additionally, we had also proposed a worst-case timing analysis assuming that stations were stationary. In this paper we advance these previous works by proposing a worst-case timing analysis for the system’s message streams considering the effect of inter-cell mobility.

Integration of TCP/IP and PROFIBUS protocols

Recent technological developments are pulling fieldbus networks to support a new wide class of applications, such as industrial multimedia applications. These applications are usually supported by the widely used TCP/IP stack. It is thus essential to provide support to TCP/IP based applications, in fieldbus networks. This paper presents an effort that is being carried out to integrate the TCP/IP and PROFIBUS stacks, in order to support industrial multimedia applications, whilst guarantying the timing requirements of control-related traffic.

Designing real-time systems based on mono-master Profibus-DP networks

Profibus networks are widely used as the communication infrastructure for supporting distributed computer-controlled applications. Most of the times, these applications impose strict real-time requirements. Profibus-DP has gradually become the preferred Profibus application profile. It is usually implemented as a mono-master Profibus network, and is optimised for speed and efficiency. The aim of this paper is to analyse the real-time behaviour of this class of Profibus networks. Importantly, we develop a new methodology for evaluating the worst-case message response time in systems where high-priority and cyclic low-priority Profibus traffic coexist. The proposed analysis constitutes a powerful tool to guarantee prior to runtime the real-time behaviour of a distributed computer-controlled system based on a Profibus network, where the realtime traffic is supported either by high-priority or by cyclic poll Profibus messages.

Setting target rotation time in PROFIBUS based real-time distributed applications

In this paper, we analyse the ability of Profibus fieldbus to cope with the real-time requirements of a Distributed Computer Control System (DCCS), where messages associated to discrete events must be made available within a maximum bound time. Our methodology is based on the knowledge of real-time traffic characteristics, setting the network parameters in order to cope with timing requirements. Since non-real-time traffic characteristics are usually unknown at the design stage, we consider an operational profile where, constraining non-real-time traffic at the application level, we assure that realtime requirements are met.

Cycle time properties of the PROFIBUS timed-token protocol

A recent trend in distributed computer-controlled systems (DCCS) is to interconnect the distributed computing elements by means of multi-point broadcast networks. Since the network medium is shared between a number of network nodes, access contention exists and must be solved by a medium access control (MAC) protocol. Usually, DCCS impose real-time constraints. In essence, by real-time constraints we mean that traffic must be sent and received within a bounded interval, otherwise a timing fault is said to occur. This motivates the use of communication networks with a MAC protocol that guarantees bounded access and response times to message requests. PROFIBUS is a communication network in which the MAC protocol is based on a simplified version of the timed-token protocol. In this paper we address the cycle time properties of the PROFIBUS MAC protocol, since the knowledge of these properties is of paramount importance for guaranteeing the real-time behaviour of a distributed computer-controlled system which is supported by this type of network.

From task scheduling in single processor environments to message scheduling in a PROFIBUS fieldbus network

In this paper we survey the most relevant results for the prioritybased schedulability analysis of real-time tasks, both for the fixed and dynamic priority assignment schemes. We give emphasis to the worst-case response time analysis in non-preemptive contexts, which is fundamental for the communication schedulability analysis. We define an architecture to support priority-based scheduling of messages at the application process level of a specific fieldbus communication network, the PROFIBUS. The proposed architecture improves the worst-case messages’ response time, overcoming the limitation of the first-come-first-served (FCFS) PROFIBUS queue implementations.

Timing analysis of an inter-cell mobility procedure for a wired/wireless PROFIBUS network

Recently, there have been a few research efforts towards extending the capabilities of fieldbus networks to encompass wireless support. In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS network solution where the interconnection between the heterogeneous communication media was accomplished through bridge-like interconnecting devices. The resulting networking architecture embraced a Multiple Logical Ring (MLR) approach, thus with multiple independent tokens, where the communication between different domains was supported by the Inter-Domain Protocol (IDP). The proposed architecture also supports mobility of stations between different wireless cells. To that hybrid wired/wireless networking architecture we have proposed a worst-case response timing analysis of the IDP, without considering inter-cell mobility (or handoff) of stations. In this paper, we advance that previous work by proposing a worst-case timing analysis of the mobility procedure.

Timing analysis of a multiple logical ring wired/wireless PROFIBUS network

Recently, there have been a few research efforts towards extending the capabilities of fieldbus networks to encompass wireless support. In previous works we have proposed a hybrid wired/wireless PROFIBUS network solution where the interconnection between the heterogeneous communication media was accomplished through bridge-like interconnecting devices. The resulting networking architecture embraced a multiple logical ring (MLR) approach, thus with multiple independent tokens, to which a specific bridging protocol extension, the inter-domain protocol (IDP), was proposed. The IDP offers compatibility with standard PROFIBUS, and includes mechanisms to support inter-cell mobility of wireless nodes. We advance that work by proposing a worst-case response timing analysis of the IDP.

Enabling inter-domain transactions in bridge-based hybrid wired/wireless PROFIBUS networks

The marriage of emerging information technologies with control technologies is a major driving force that, in the context of the factory-floor, is creating an enormous eagerness for extending the capabilities of currently available fieldbus networks to cover functionalities not considered up to a recent past. Providing wireless capabilities to such type of communication networks is a big share of that effort. The RFieldbus European project is just one example, where PROFIBUS was provided with suitable extensions for implementing hybrid wired/wireless communication systems. In RFieldbus, interoperability between wired and wireless components is achieved by the use specific intermediate networking systems operating as repeaters, thus creating a single logical ring (SLR) network. The main advantage of the SLR approach is that the effort for protocol extensions is not significant. However, a multiple logical ring (MLR) approach provides traffic and error isolation between different network segments. This concept was introduced in, where an approach for a bridge-based architecture was briefly outlined. This paper will focus on the details of the inter-Domain Protocol (IDP), which is responsible for handling transactions between different network domains (wired or wireless) running the PROFIBUS protocol.

Profibus protocol extensions for enabling inter-cell mobility in bridge-based hybrid wired/wireless networks

Future industrial control/multimedia applications will increasingly impose or benefit from wireless and mobile communications. Therefore, there is an enormous eagerness for extending currently available industrial communications networks with wireless and mobility capabilities. The RFieldbus European project is just one example, where a PROFIBUS-based hybrid (wired/wireless) architecture was specified and implemented. In the RFieldbus architecture, interoperability between wired and wireless components is achieved by the use specific intermediate networking systems operating at the physical layer level, i.e. operating as repeaters. Instead, in this paper we will focus on a bridge-based approach, which presents several advantages. This concept was introduced in (Ferreira, et al., 2002), where a bridge-based approach was briefly outlined. Then, a specific Inter-Domain Protocol (IDP) was proposed to handle the Inter-Domain transactions in such a bridge-based approach (Ferreira, et al., 2003a). The major contribution of this paper is in extending these previous works by describing the protocol extensions to support inter-cell mobility in such a bridge-based hybrid wired/wireless PROFIBUS networks.

Hybrid wired/wireless PROFIBUS networks supported by bridges/routers

Fieldbus networks are becoming increasingly popular in industrial computer-controlled systems. More recently, there has been the desire to extend the capabilities of fieldbuses to cover functionalities not previously considered in such networks, with particular emphasis on industrial wireless communications. Thinking about wireless means considering hybrid wired/wireless solutions capable of interoperating with legacy (wired) systems. One possible solution is to use intermediate systems (IS) acting as repeaters to interconnect the wired and wireless parts. In contrast, we analyze a solution where intermediate systems are implemented as bridges/routers. We detail the main advantages in terms of dependability and timeliness, and propose mechanisms to manage message transactions and intercell mobility.