FIP

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FIP

• Présentation

Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France
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Historique
FIP
IEC Central Office 3, rue de Varembé P.O. Box
131 CH - 1211 GENEVA 20 Switzerland Phone 41 22
919 02 11 Fax [phone] http//www.iec.org
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.
FIP Flux Information Process
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 1986 - TELEMECANIQUE -
MERLIN GERIN - CGEE ALSTOM - CSEE (CETIA)
FIP est standardisé sous la norme WordFip EN50170
(européenne) et IEC61158
http//www.worldfip.org
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FIP
Présentation
FIP permet la répartition de lintelligence, du
contrôle, des données
Unité de Traitement
Capteurs / Actionneurs
FIP
Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR
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.
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Topologie générale
FIP
Cable principal 1
Cable principal 2
Segments terminaux
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
JB Boîte de jonction TAP Dérivateur REP Répéteur D
B Boîte de diffusion DS Abonné déconnectable
localement DNS Abonné non déconnectable
localement
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Codage Bit
FIP
Le codage bit est du type MANCHESTER
Logique  1  ou EB
Logique  0  ou EB-
Violation V
Violation V-
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Trame FIP
FIP
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
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
PRE Préambule Preambule FSD Délimiteur de début
de trame Framse Start Delimiter CAD Contrôle et
données Control and data FED Délimiteur de fin
de trame Frame End delimiter
La couche physique ajoute 21 symboles à toute
trame émise - 672 us à 31,25 Kb/s - 21 us à 1
Mb/s - 8,4 us à 2,5 Mb/s
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Couche liaison de données
FIP
2 types de services de transmissions
Échange de variables identifiées Transfert de
messages
Couche liaison
Les échanges peuvent se faire
Cycliquement - périodicité par variable
définie à l'initialisation Sur demande - sur
demandes explicite des utilisateurs
Echanges
Adressage
variables - 1 identifieur 16 bits par
variable messages - en point à point
uniquement, adresses codées sur 24 bits
Adressages
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Couche liaison de données
FIP
Interface couche application couche liaison de
données
Ne génère aucune activité sur le bus
K
A
Sur cet exemple, la couche liaison de données
contient
Un buffer produit correspond à lidentifieur K
Un buffer consommé correspond à lidentifieur A
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Tranfert de buffer
FIP
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.
Les buffers sont à double accès, la couche
liaison de données doit résoudre les problèmes
posés par les conflits daccès.
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Tranfert de buffer
FIP
Indication démission de la valeur sur le bus
Donnée produite K
Indication de réception de la valeur
Donnée consommée A
Pour réaliser le mécanisme de transfert de
buffer, larbitre de bus émet des trames question
ID_DAT, en précisant le Numéro dIdentifieur
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Mécanisme dallocation du medium
FIP
Larbitre de Bus BA Bus arbitrer contient la
table de scrutation des variables
Le réseau FIP est constitué de stations possédant
deux types de fonctionnalités - Larbitrage
de bus gestion daccès au medium - La
fonction production / consommation
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Production dune variable
FIP
Le modèle producteur - Consommateur
Larbitreur de bus C fenvoie une demande de
valeur concernant la variable A
La valeur de la variable A est mise en diffusion
générale
Consommateur
Producteur
Consommateur
Consommateur
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Table darbitrage de bus
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
Exemple
Lexemple ci-dessous indique comment configurer
larbitre de bus pour garantir une scrutation
déterministe
Le temps indiqué comprend lémission et la
réception, ainsi quun temps de retournement de
20 us.
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Scrutation des variables
FIP
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
A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E
20 ms F 30 ms
Chaque tranche de temps constitue un cycle
élémentaire ici égal à 5 ms
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Scrutation des variables
FIP
A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E
20 ms F 30 ms
Charge trafic
1 Mb/s
5 ms
Temps pour le trafic apériodique
Trafic périodique
temps
En fonction des renseignements précédents, on
peut dresser la table de charge du réseau
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Scrutation des variables
FIP
A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E
20 ms F 30 ms
Cycle élémentaire
Durée du cycle élémentaire
temps
Macrocycle
Larbitre de bus déroulera à linfini les mêmes
cycles
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Scrutation des variables
FIP
A 5 ms B 10 ms C 15 ms D, E
20 ms F 30 ms
Temps pour le trafic apériodique
Une autre répartition plus uniforme des
identifieurs au sein des cycles élémentaires
pourrait être la suivante
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Cycle élémentaire
FIP
Chaque cycle élémentaire est composé de 4 fenêtres
Fenêtre de synchronisation remplissage (padding)
Fenêtre déchange des messages apériodiques
Fenêtre déchange des variables apériodiques
Fenêtre déchange des variables cycliques
Echanges cycliques Déterministes
Echanges acycliques Non
Déterministes
Remplissage
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Demande de transfert variable périodique
FIP
Le modèle producteur - Consommateur
Larbitreur de bus C fenvoie une demande de
valeur concernant la variable A
La valeur de la variable A est mise en diffusion
générale
Consommateur
Producteur
Consommateur
Consommateur
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Demande de transfert variable apériodique
FIP
Ce mécanisme se déroule en 3 étapes
Pendant le trafic périodique positionnement
dune requête
Etape 1
Requête

• File dattente
• normal
• urgent

Consommateur
Producteur
Consommateur
Consommateur
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Demande de transfert variable apériodique
FIP
Dans la fenêtre des variables apériodiques
émission de la requête
Etape 2
File dattente spécifique
Liste des variables apériodiques à servir
(identifieurs)
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Demande de transfert variable apériodique
FIP
Larbitre de bus diffuse la valeur de
lidentifieur qui sera produit puis consommé par
les autres stations.
Etape 3
Larbitre sert une ou plusieurs variables, en
fonction du temps apériodique disponible
Producteur
Consommateur
Une station demandant un transfert apériodique
peut être - Productrice de la variable -
Consommatrice - Productrice et consommatrice
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Demandes apériodiques
FIP
Les demandes peuvent être de deux natures -
Libres (L_FREE_UPDATE.req) - Spécifiées
(L_SPEC_UPDATE.req)
Le mécanisme libre 
Fenêtre périodique
Buffer producteur Identifieur K
File  urgent 
File  normal 
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
Fenêtre apériodique
Puis B
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
FIP
Ce mécanisme se déroule en 3 étapes
En point à point ou en diffusion générale
Etape 1
File dattente des messages
Requête indiquée par positionnement du bit
 requête de message 
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
FIP
Etape 2
Message en diffusion générale
Producteur
Consommateurs
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
FIP
Le producteur envoie un signal de fin de
transaction message
Etape 3
Fin de transaction
Producteur
Toutes les stations recoivent lindication de fin
de message
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
FIP
Permet de fiabiliser des échanges en Point à
Point
Ce mécanisme se déroule en 4 étapes
En point à point
Etape 1
File dattente des messages
Requête indiquée par positionnement du bit
 requête de message 
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
FIP
Etape 2
Envoi du message
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
FIP
Acquittement du message
Etape 3
Fin de transaction message
Etape 4
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Classes de conformité
FIP
Définit la classe de la station. Toute station
FIP possède au moins les mécanismes de transfert
de buffer et décriture de buffer
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
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Trames transfert de buffer
FIP
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
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Trames de réponse
FIP
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
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Trames de réponse
FIP
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
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Performance transfert de buffer
FIP
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 lt TR lt 70
TMAC
TMAC temps démission dun symbole de couche
physique 1, 0, V, V- , 0
à 31,25 Kb/s 22,4 us lt TR lt 320 us à 1 Mb/s
10 us lt TR lt 70 us à 2,5 Mb/s
4 us lt TR lt 28 us
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Informations de service
FIP
Chaque couche ajoute de linformation de service
à ce quelle reçoit de la couche supérieure
Longueur des données utiles
Couche utilisateur
Couche application
2 octets
3 octets
Couche liaison
Couche physique
21 bits
Le nombre de bits ajoutés est de 61 bits, quelle
que soit la longueur des données
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Temps de transaction
FIP
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 n8 TMC (nnombre doctets
utilisateur) Durée temps de retournement 2TR
TMAC (TRgt10 et TRlt70) Lefficacité est égale
au temps démission de linformation utile divisé
par la durée de la transaction Efficacité n8
TMAC / (61 TMAC TR TMAC 61 TMAC n8 TMAC
TR TMAC) Efficacité n 8 TMAC / ( 122
TMAC 2 TR TMAC n 8 TMAC )
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Calculs selon TR
FIP
Calculs pour TR 10
Longueur utile efficacité
débit réel pour 1 Mb/s débit réel
pour 2,5 Mb/s
Calculs pour TR 70
Longueur utile efficacité
débit réel pour 1 Mb/s débit réel
pour 2,5 Mb/s
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Couche application MPS
FIP
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
Couche 7
Couche 2
Couche 1
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
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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
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Indications de réception / émission
FIP
La couche applicative reçoit des indications,
fonction de lactivité du bus
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Lectures / Ecritures distances
FIP
AP
Mécanisme de lecture de la variable A
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Resynchronisation
FIP
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
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Synchronisation des variables
FIP
Les contenus des buffers privés et publics, en
fonction du temps, pour une variable produite
resynchronisée
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Promptitudes et rafraîchissements
FIP
Rafraîchissement asynchrone
Ecriture asynchrone (valeur)
Lecture asynchrone (valeur, status)
Etat du rafraichissement Mécanisme de
lélaboration de la période de production (ms)
Producteur
Consomateur
Status , Valeur
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
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Promptitudes et rafraîchissements
FIP
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.
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Promptitudes et rafraîchissements
FIP
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
True Status False
Période de production
s point de réception de la variable de
synchronisation p point de la variable en
production (A_WRITELOC)
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Promptitudes et rafraîchissements
FIP
Promptitude asynchrone
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
Dans cet exemple pour la même variable, une
station élabore un status de promptitude
asynchrone, l'autre pas.
Valeur, status lecture asynchrone
Valeur lecture asynchrone
Ecriture asynchrone (valeur)
consommateur
consommateur
Producteur
valeur
Etat de promptitude Mécanisme délaboration de la
période de consommation (ms)
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Promptitudes et rafraîchissements
FIP
Promptitude asynchrone
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.
True Status False
Timer de période de consommation
C réception de la variable consommée
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Cohérences temporelles et spatiales
FIP
Cohérence temporelle de production
La cohérence temporelle de consommation est un ET
logique sur tous les états de proptitudes
individuels
A_READLIST.rq(lta,b,cgt,CSP)
Etat des Rafraîchissements individuels
t1 t2 t3 t4 a V V
V V b V F V V c
F V V V
V Vrai F Faux
ET logique des états F F V
V
Exemple de 3 capteurs Débit
Pression Température
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Cohérences temporelles et spatiales
FIP
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.
Liste de variables
Vrai si identiques
Etat booléen
Faux si différents
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Types de variables et Protocol Data Unit (PDUs)
FIP
Exemple pour un entier 16 bits
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 t
ableau 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
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Gestion de réseau
FIP
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.
Messages
Bus arb.
Apériodique/périod.
Service périodiques et apériodiques
Service Arbitreur de bus
Service Message
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Gestion de réseau
FIP

• 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

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Gestion de réseau
FIP
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
SMAP System Manager Application Process
Station FIP Manager
Station FIP Agent
SMAP Manager gère le réseau, SMAP Agent répond à
des sollicitations distantes
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Gestion de réseau
FIP
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
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Services SM-MPS
FIP

• 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)

• 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

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Normes
FIP
FIP est standardisé au niveau européen sous la
norme WordFip EN50170
http//www.worldfip.org
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FIP
Détail de la normes
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Fin de présentation

• Merci de votre attention

Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France