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基于嵌入式平台的分布式控制系统设计

作 者: 解周凯
导 师: 刘波
学 校: 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
专 业: 通信与信息系统
关键词: 嵌入式系统 分布式系统 千兆以太网 实时性
分类号: TP273.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 50次
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内容摘要


随着控制系统多元化、模块化、网络化需求的不断加深,单一的控制系统已经无法满足复杂控制系统的需要,而分布式控制系统使得多个控制系统能够协调工作,完成单一系统无法完成的控制功能。但由于分布式系统本身在地理位置上比较分散,一般使用网络进行连接,由于网络延时存在着很大的不确定性,导致实时性不高。所以如何解决基于分布式系统的实时性问题成为现在研究的一个热点。本文基于国家某项重点创新工程的需求,设计实现了一种基于嵌入式的分布式控制系统,它使用TI公司最新推出的基于DAVIC技术的ARM+DSP架构芯片TMS320DM6467,组建嵌入式系统的硬件平台,使用MontaVista Linux为嵌入式系统的软件平台,使用千兆以太网作为系统进行传输的基础,完成了对系统硬件的底层驱动编程和应用层编程。同时,研究了采用千兆互联网通信方式下,如何解决分布式系统的实时性问题。本文的主要工作是实现了系统的软硬件设计。系统的硬件设计主要包括对系统硬件平台和功能模块的设计;软件设计主要包括操作系统的选择、U-BOOT移植和内核移植等,完成了嵌入式系统软件平台的搭建;在Linux操作系统下,完成了一系列的硬件驱动,提高系统响应硬件请求的速度;基于UDP协议,通过对网络采用实行分时调用的方法和设置优先级标志的方法,减少了网络出现碰撞的概率,缩短了系统传输的延时,提高了系统的延时的。针对设计的嵌入式分布式互联系统进行了实际情况的传输测试。实验结果表明,本系统的实时数据采集频率可以达到200HZ,而出现超时的概率不超过两千分之一。有效提高了大容量数据的实时通信能力。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 分布式控制系统的发展及现状  9-11
  1.3 论文研究内容及论文的组织结构  11-12
第二章 系统的总体结构设计  12-20
  2.1 概述  12-14
    2.1.1 嵌入式系统简介  12-13
    2.1.2 分布式系统简介  13-14
  2.2 系统的总体结构设计  14-17
    2.2.1 系统的拓扑结构  14-15
    2.2.2 系统的总体功能框图  15-17
  2.3 系统设计的整体要求和实现方法  17-20
第三章 系统的软硬件设计  20-38
  3.1 硬件平台设计  20-26
    3.1.1 处理器芯片的选择和功能模块设计  20-23
    3.1.2 DaVinci 技术概述  23-24
    3.1.3 TMS320DM6467 芯片概述  24-26
  3.2 系统的软件设计  26-38
    3.2.1 linux 操作系统概述  27-28
    3.2.2 U-BOOT 移植  28-32
    3.2.3 内核移植  32-38
第四章 设备驱动  38-54
  4.1 Linux 下设备驱动程序的介绍  38-39
  4.2 嵌入式系统设备驱动  39-49
    4.2.1 按键控制相机参数的驱动  40-43
    4.2.2 A/D 采样驱动  43-45
    4.2.3 S/D 卡驱动  45-47
    4.2.4 驱动程序的调试、编译及加载  47-49
  4.3 千兆以太网卡驱动分析  49-54
第五章 网络传输设计和分布式系统实验结果及分析  54-74
  5.1 网络传输协议  54-57
  5.2 网络传输时延分析  57-60
  5.3 延时不确定解决的方法  60-67
  5.4 网络传输实验结果分析  67-72
  5.5 分布式系统总体实验结果及分析  72-74
第六章 总结  74-76
参考文献  76-78
硕士期间发表的论文  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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