• Operadores de manipulación de bits en C y C++

Lógica de bits:

~: negación & : and | : or ^ : xor

• Concurrencia: ¿Qué es sección crítica?

La sección son las instrucciones que acceden a un recurso, las cuales deben ejecutarse de manera indivisible.

Tipos de deriva que se producen en una tarea periódica

• La deriva local: sobrepaso de tiempo asociado tanto con retrasos absolutos como relativos, no se puede eliminar.
• La deriva acumulada: al superponerse derivas locales, eliminado recalculando retrasos en cada etapa

En qué consiste el Token-Ring, topología en la se utiliza.

El token determinista es un permiso de emisión que se va pasando entre estaciones. El tiempo de posesión del token está determinado, por lo que se conoce el tiempo máximo de circulación del testigo. El punto débil es una duplicidad o pérdida del testigo, la variante token-ring se usa en la topología de anillo.

• Codificación y acceso al medio de una red Ethernet

Codificación

• Señales usan codificación Manchester
• Flanco de subida 1, flanco de bajada 0
• 0V a -2.05V en coaxial, -2.5 a 2.5V en UTP

Acceso al medio

• Se llena un método de transferencia half-duplex
• CSMA/CD: el nodo espera a que el bus esté inactivo durante 96 periodos de bit. Entonces comienza la transmisión y escucha a la vez durante los primeros 512 bits. Si lo que transmite es diferente de lo que recibe es que ha producido una colisión. En este caso espera un tiempo antes de intentarlo.

CANopen y DeviceNet

Surgió en 1986 por parte de Bosch con el objetivo de reducir el cableado en los automóviles. Se convirtió en estándar en 1993 ISO 11898. Es utilizado por la mayoría de fabricantes europeos como Mercedes-Benz, Volvo, Renault, etc.

Dada su robustez y eficacia se utiliza en aplicaciones industriales como en transporte público, CANopen Lift en ascensores, en automatización de edificios, etc.

El CANopen trabaja en modo difusión. Los mensajes se direccionan con ID, no con las direcciones de los nodos. El sistema de gestión de bus carece de un elemento central de control (maestro), y cualquiera puede acceder y enviar o recibir datos.

La información posee una longitud limitada de hasta 8 bytes.

Se presenta un sistema de prioridades no destructivo.

El sistema de errores elimina cualquier nodo defectuoso para mantener activa la conexión entre el resto de nodos.

Las velocidades máximas son de 1 Mbps para 30m y 10 Kbps para 5km, aunque depende de la topología y el número de dispositivos.

ºCapa Física.

Presenta unos cables de par trenzado de 2 o 4 hilos. Además hay resistencias terminadoras (LT) 120 ohm 1/4 W.

Método de transmisión diferencial: Se definen dos niveles de tensión. Cuando entre ellos hay una diferencia de 2V se pasa un 0 (dominante). Si por el contrario no hay diferencia (son iguales) significa que se está mandando un 1.

En cuanto a la tipología, CANopen contempla 2 tipos básicos de conexionado:

Cadena (Daisy Chain): Los dispositivos se conectan mediante un único cable de bus.

Derivaciones (Drop lines): se trata de una serie de derivadores (Tap) conectados en línea mediante un cable principal (Trunk line). Provocan reflexiones por lo que es importante no superar los 30 cm.

Mixto: Es una unión de ambos.

• Capa de Enlace.

Estructura del paquete: La estructura del paquete está compuesta por un identificador de 11 bits y 1 bit RTR de solicitud de transmisión.

Fragmentación del paquete: si se van a enviar más de 8 bytes se fragmenta el dato creando paquetes de 7 bytes. El primer byte se usa para especificar la secuencia del paquete.

• Acceso al Medio: Para el acceso al medio se establece un método de arbitraje de paridad a bit. Se hace una operación “y” lógica donde el 0 tiene más prioridad que el 1.
• Gestión de errores.

1. El bit ACK es emitido recesivo y debe ser activado dominante por algún receptor.
2. Se emplea un CRC de 15 bits para detectar cambios accidentales en datos.
3. Trama de error: Se produce si un receptor no reconoce la trama.
4. Estados de error: Contadores de error: TEC: Contador de transmisión. REC: Contador de errores de recepción.

• Capa de Aplicación.

Especificaciones a cumplir por el dispositivo.

Perfil: define los datos mínimos que debe tener el dispositivo.

Diccionario de objetos:

Cada objeto debe estar indexado (Índice: 16 bits, Subíndice: 8 bits)

Cada dispositivo debe tener EDS. Es una hoja de datos electrónica que describe las funcionalidades de comunicación, los parámetros de comunicación, las características, el funcionamiento, etc.

• Protocolos.

No hay direcciones, sino identificadores COB-ID.

Se pueden presentar los siguientes servicios:

• PDO servicio de objetos de proceso -> Tareas cíclicas en tiempo real, sin confirmación, usa una estructura productor-consumidor, son configurables.
• SDO servicio de objetos de datos -> Tareas de baja prioridad, acíclicas, usa una estructura maestro-esclavo, requieren confirmación. Se usa en fase de desconfiguracion.
• SFO objetos funcionales especiales -> Sincronización, emergencia y errores.
• MNT Gestión de red.

DeviceNet: Fue desarrollado a principios de los 90 por Allan Bradley basándose en el bus CAN. Se encuentra mantenido por la ODVA. Utiliza una estructura maestro-esclavo a pesar de estar basado en el bus CAN.

Direccionamiento IP, clases y rangos reservados

Direccionamiento

32 bits = 4 bytes; Se hace uso de una notación de puntos decimales

• Bits más significativos: Identificador de red
• Bits menos significativos: Identificador de host

Rangos reservados: Algunos rangos de direcciones de cada una de las clases de red han sido reservados y designados como rangos de direcciones “reservadas” o “privadas”. Estas direcciones están reservadas para el uso de redes privadas y no son encaminadas en Internet. Son usadas normalmente por organizaciones con su propia intranet, pero incluso las redes pequeñas suelen encontrarlas útiles. Los rangos son los siguientes:

Clases

El tamaño de la red depende de la clase. Las clases de direcciones del protocolo de Internet (IP) de uso común actualmente son clases A, B, C, D y E. La clase de dirección determina cuántos sistemas principales pueden existir en una red. Puede utilizar el valor del primer octeto para determinar la clase de red. Los valores posibles para el primer octeto son:

• Clase A (Rango de direcciones 0 – 127):
  1. 127 redes con un máximo de 16.777.216 sistemas principales cada una.
  2. Pensada para utilizarse con un número amplio de sistemas principales.
  3. La máscara de red es 255.0.0.0.
• Clase B (Rango de direcciones 128 – 191):
  1. 16.384 redes con un máximo de 65.536 sistemas principales cada una.
  2. Pensada para utilizarse con un número medio de sistemas principales.
  3. La máscara de red es 255.255.0.0.
• Clase C (Rango de direcciones 192 – 223):
  1. 2.097.152 redes con un máximo de 254 sistemas principales cada una (0 y 255 están reservados).
  2. Pensada para utilizarse con un número menor de sistemas principales.
  3. La máscara de red es 255.255.255.0.
  4. Es el tipo de dirección más corriente emitido por un suministrador de servicios de Internet (ISP).
• Clase D (Rango de direcciones 224-239) : En las redes de clase D todos los segmentos son utilizados para identificar una red y sus direcciones van de » 224.0.0.0″ hasta «239.255.255.255» y son reservados para los llamados multicast.
• Clase E (Rango de direcciones 240 – 255): La Autoridad de Asignación de Números de Internet (IANA) ha reservado esta clase para uso futuro.

Alternativa en C++ para funciones malloc y free usada en C

La alternativa en la memoria dinámica para malloc es new tipo y para free es delete puntero.

Comunicación maestro-esclavo y cliente-servidor

• Maestro – Esclavo: se establece una jerarquía entre los equipos en la que uno de ellos tiene el control de la red y el inicio de la comunicación de forma permanente o temporal mientras que los equipos esclavos contestan a sus peticiones. El maestro es un autómata que puede leer o escribir sobre los esclavos de la red que controla, mientras que el esclavo recibe los mensajes emitidos por el maestro y emite hacia este último cuando recibe la orden de hacerlo.
• Cliente – Servidor: se basa en la presentación de servicios de un interlocutor de la red y el aprovechamiento de estos servicios por parte del resto de equipos. Una estación puede ser a la vez cliente y servidor.

Operaciones que puedes realizar sobre un semáforo

• sem_init(sem_t *s, int comp, int v). Esto hace que s valga v
• sem_wait (sem_t *s). Si s>0 entonces s=s-1, en caso contrario, bloque al proceso en s
• sem_post (sem_t *s). Si hay procesos bloqueados en s, desbloquea un proceso. Caso contrario s= s+1.

Cable coaxial

Se encuentra formado por un núcleo de cobre. Rodeando al núcleo puede encontrarse una capa aislante dieléctrica que lo separa de una maya conductora. La malla de hilo trenzada actúa como masa, y protege al núcleo del ruido eléctrico. Dicha malla debe estar separada del núcleo de cobre para evitar cortocircuitos. La impedancia del cable dependerá de los diámetros y de las propiedades del dieléctrico.

• Ventajas: se puede utilizar en múltiples aplicaciones, como por ejemplo transmisión de voz, datos y vídeos. Además, es fácil de instalar y presenta un precio razonable.
• Inconvenientes más significativos: son que se daña con facilidad, es más difícil trabajar que los de par trenzado y que los conductores caros.

Presenta problemas como circuitos abiertos o cortocircuitos con los conectores y errores en la impedancia.

Planificación cíclica

El periodo de todos los procesos constituye un múltiplo de un periodo base: el del proceso de menor periodo. Puede encontrarse un ciclo principal y ciclos secundarios. Al menos una vez, todos los procesos se activan en el ciclo principal, aunque algunos procesos pueden activarse varias veces.

Protocolo TCP/IP

Transmission Control Protocol(TCP) es uno de los protocolos fundamentales en Internet. Con el uso del protocolo TCP, las aplicaciones pueden comunicarse en forma segura independientemente de las capas inferiores. Esto significa que los routers (que funcionan en la capa de Internet) sólo tiene que enviar los datos en forma de datagrama, sin preocuparse con el monitoreo de datos porque esta función la cumple la capa de transporte (o más específicamente el protocolo TCP).

En la pila de protocolos TCP/IP, TCP es la capa intermedia entre el protocolo de internet (IP) y la aplicación. Es un protocolo orientado a la conexión, ya que el cliente y el servidor deben de anunciarse y aceptar la conexión antes de comenzar a transmitir los datos a ese usuario que debe recibirlos.

TCP usa control de flujo para evitar que un emisor envíe datos de forma más rápida de la que el receptor puede recibirlos y procesarlos. Proporciona una conexión fiable, ordenada, un control de la congestión y protegida de error (CRC)

Los puertos son clasificados en tres categorías:

• Bien conocidos: Son asignados por la IANA, van del 0 al 1023 y son usados normalmente por el sistema o por procesos con privilegios. Algunos ejemplos son: FTP (20), SSH(22), Telnet (23), SMTP (25) y HTTP (80).
• Registrados: Son normalmente empleados por las aplicaciones de usuario de forma temporal cuando conectan con los servidores, pero también pueden representar servicios que hayan sido registrados por un tercero (rango de puertos registrados: 1024 al 49151).
• Dinámicos/privados: También pueden ser usados por las aplicaciones de usuario, pero este caso es menos común. Los puertos dinámicos/privados no tienen significado fuera de la conexión TCP en la que fueron usados (rango de puertos dinámicos/privados: 49152 al 65535).

Seriales RS

• Serial RS – 232

Es una interfaz que designa una norma para el intercambio de una serie de datos binarios entre terminales (DTE) y modems (DCE). El conector propuesto estándar es el DB-25 (25 pines), pero IBM introdujo la interfaz RS-232 con su conector DB-9 (9 pines). 2 pines son líneas de datos. El TxD transmite datos, y el otro es el RxD que se encarga de recibir datos. Además, puede encontrarse varios pines de control: La longitud máxima del cable debe ser de 15 m y permite velocidades desde 300 hasta 11500 baudios.

1. CTS: indica que el dispositivo se encuentra listo para recibir datos
2. DSR: indica que el DCE se encuentra preparado
3. DTR: indica que el DTE se encuentra preparado.
4. CD: indica que la señal portadora se ha detectado.

• Serial RS – 422

Se basa en la transmisión de señales de tensión o frecuenciales mediante 2 hilos, sin punto de referencia o masa. Con este método se consigue eliminar el ruido electromagnético, pues afecta a ambos hilos por igual, ya que la diferencia de voltaje se mantiene constante. Hay 4 señales: Tx+, Tx-, Rx+ y Rx-. Esto permite una comunicación full – duplex. Presenta un rango de voltajes de +6v a +2v, y de -2v a -6v. Una menor variación en voltaje supone una mayor velocidad, hasta 100 Mbps (para cables mayores de 6 m). A una distancia mayor de 1200 m se tiene una resolución de 90 Kbps. Se permite una estructura bus con hasta 32 estaciones con una dinámica maestro – esclavo.

• Serial RS – 485

Presenta las mismas características de transmisión que el serial RS – 422 basado en diferencias de voltajes, que permite un rechazo a ruidos electromagnéticos. Además, presenta un tercer estado de alta impedancia. En este estado, todos los equipos pueden emitir y recibir datos. Se pueden conectar todos los equipos con receptores de alta impedancia. Al presentar 2 únicos conductores, la comunicación será half – duplex.

ETHERNET

Fue desarrollado por Xerox a medadios de los 60. En 1980 se produjo el consorcio DIX (Digital, Intel y Xerox). En 1983 sale el estándar IEEE 802.3 que propone unas ligeras diferencias con el Ethernett de DIX. Diferencias: Ethernet: define capa física y de enlace

802.3: divide enlace en MAC y LLC y mete MAX en la capa física

Hoy en dia es el tipo de red más utilizada ya que es estándar, fiable y barata. Esto ha hecho que entre en el mundo industrial rápidamente desplazando otros buses.

Medios: dependiendo el medio de transporte podemos diferenciar entre:

• 10Base5: cable coaxial grueso
• 10Base2: cable coaxial fino
• 10BaseT: cable UTP
• 10BaseF: fibra óptica

Señales usa codificación Manchester  flanco de subida: 1, flanco de bajada: 0  //// 0V a -2.05V  en coaxial, -2.5V a 2.5V en UTP

Acceso al medio:

• se llena un método de transferencia half-duplex
• CSMA/CD: el nodo espera a que el bus esté inactivo durante 96 periodos de bit. Entonces comienza la transmisión y escucha a la vez durante los 512 primeros bits. Si lo que transmite es diferente de lo que recibe es que se ha producido una colisión. En este caso espera un tiempo antes de intentarlo.

Formato del paquete:Preambulo de 7 bytes para sincronización. Comienzo del paquete. Direcciones de la fuente y el destino: 6 bytes cada una. Longitud del campo de datos . Datos. Relleno: si el paquete es menor de 64 bytes. FCS: CRC de 32-bits

FAST ETHERNET

• Ethernet a 100Mbps
• 100BaseTX
• 100BaseFX
• 802.3x.
• Utiliza full-dublex
• No hay colisiones
• Autonegociación
• Gigabit Ethernet
• 1000BaseT: cable UTP categoría 5
• Tamaño mínimo de paquete: 512 bytes

ARP de la red IP

IP: ARP

El protocolo ARP (Adress Resolution Protocol) tiene como objetivo conocer la dirección física (MAC) de una tarjeta de interfaz de red correspondiente a una dirección IP. Utilizaremos el protocolo ARP en estos casos:

1. Existen 2 hosts en una misma red y uno quiere enviar un paquete a otro
2. Existen 2 hosts en redes diferentes y deben usar un router para llegar al otro host
3. Cuando un router necesita enviar un paquete a un host a través de otro router
4. Cuando un router necesita enviar un paquete a un host de la misma red

Tipos de memoria principal

Almacena datos y programas en ejecución:

ROM: solo lectura, no se borra

RAM: lectura y escritura

PC

EPROM: se borra con luz ultravioleta, se programa en dispositivo especial

EEPRROM: Borra programa por software

Bus As-interface

El protocolo AS-i fue creado en el año 1994 por un conjunto de 11 fabricantes entre los que se encontraban Siemens, Omrom, Festo, etc. Está regulado por los estándares EN 50295, IEC 62026/2 y el IEC 947.

Es un protocolo orientado a sensores y actuadores binarios, comunes en los niveles más bajos de automatización de planta (finales de carrera, etc.). Se caracteriza por presentar un bit por elemento y carecer de señales analógicas.

Capa física.

Nivel Físico: El sistema AS-i se ha concebido para posibilitar la transmisión de alimentación y datos con los elementos conectados al bus con un único cable de 2 hilos sin trenzar. El cable está envuelto por una cubierta codificada mecánicamente que solo puede encajar en una posición, de manera que se previenen problemas de inversión de polaridad.

Encontramos el cable AS-i estándar que es de color amarillo y se utiliza para la transmisión simultánea de alimentación y datos. Encontramos 2 variantes más:

• Negro: Cuando hace falta una alimentación auxiliar de 24 VDC.
• Rojo: Cuando hace falta una alimentación auxiliar de 220 VAC.

El modelo AS-i ofrece la posibilidad de conectores vampiro. Estos perforan el recubrimiento del cable y la cubierta aislante de los dos conductores, realzando una conexión eléctrica segura. Al retirar el módulo, el material con el que se fabrica el recubrimiento del cable hace que los agujeros se cierren por sí solos (material autocicatrizante).

1. Consumo: El consumo que presenta cada dispositivo es de hasta 65 mA. En caso contrario se hace preciso una línea auxiliar de alimentación.
2. Protocolo Maestro-Esclavo: sigue un protocolo maestro-esclavo comprendido por un único maestro y hasta 31 esclavos con hasta 124 entradas y 124 salidas.
3. Tipología Flexible: El protocolo AS-i permite las tipologías bus, estrella y árbol.

• Capa de Enlace.

1. Maestro-Esclavo: El maestro llama a cada esclavo con un paquete de llamada de 14 bits y estos envían un paquete de respuesta de 7 bits.
2. El ciclo del AS-i es determinista y es de 5ms.
3. Codificación Manchester de onda sinusoidal: suelen transmitir la información con una codificación Manchester, ya que presenta una gran robustez en la comunicación.