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基于ARM的多路串行和以太网通信技术的研究与应用

作　者: 刘国栋
导　师: 王爽心
学　校: 北京交通大学
专　业: 检测技术与自动化
关键词: 嵌入式技术 TCP/IP 多路串行通信 CPLD技术帧同步
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 60次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展,对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前,很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时,随着以太网技术的发展和普及,这些设备的串行数据需要通过网络进行传输,因而有必要寻求一种解决方案,以实现技术上的革新。本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析,在此基础上,设计一个嵌入式系统---基于ARM处理器的多路串行通信与以太网通信系统,来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作:首先,分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态,通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点,设计出了一种采用CPLD技术和CAN总线技术相结合的新型技术,并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点,对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后,根据课题的实际需求,对系统进行总体设计和功能模块划分,并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上,对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后,将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析,达到了设计要求。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-15
  1.1 研究的背景与意义  10-11
  1.2 关键研究技术和设计目标  11-14
    1.2.1 嵌入式处理器的意义  12
    1.2.2 串行通信现状  12-13
    1.2.3 以太网通讯技术的发展  13-14
    1.2.4 课题设计目标  14
  1.3 课题研究工作和论文安排  14-15
2 FS-DCS系统I/O通讯模块描述与设计要求  15-22
  2.1 I/O通讯模块的设计要求和重点  15-16
  2.2 I/O通讯模块总体设计概述  16-17
    2.2.1 硬件设计概述  16
    2.2.2 软件设计概述  16-17
  2.3 MCU的选择和设计  17-21
    2.3.1 MCU的选择依据  17-18
    2.3.2 LPC2131-ARM7处理器及外围设计  18-21
  本章小结  21-22
3 多路串行通信的研究与设计  22-30
  3.1 串行通信技术  22-23
  3.2 目前多路串行通信的主要方法  23
  3.3 新型多路串行通信设计方案的提出  23-29
    3.3.1 通讯接口总线的选择  23-25
    3.3.2 技术方案  25-29
  本章小结  29-30
4 串口通信协议的研究与设计  30-36
  4.1 串口通信的数据帧结构  30
  4.2 串口通信中的帧同步方法  30-32
  4.3 串口通信帧同步协议设计  32-35
    4.3.1 串口通信帧定义  32-34
    4.3.2 有限状态机同步帧读取数据设计  34-35
  本章小结  35-36
5 基于FS-DCS系统I/O通讯模块的总体设计  36-69
  5.1 I/O网络通信硬件设计  36-46
    5.1.1 多路串口通信硬件设计  36-38
    5.1.2 以太网通信硬件设计  38-42
    5.1.3 I~2C总线接口的设计  42-43
      5.1.3.1 LPC2131/LPC2212的I~2C总线接口  42-43
      5.1.3.2 系统I~2C总线配置  43
    5.1.4 系统电源的设计  43-46
  5.2 I/O网络通信模块软件设计  46-67
    5.2.1 ARM芯片启动代码及流程  46-49
    5.2.2 LPC2131数据缓冲区定义  49-51
    5.2.3 LPC2131主函数及子函数  51-58
    5.2.4 主I~2C与从I~2C通讯程序实现  58-64
      5.2.4.1 从I~2C程序实现  58-64
      5.2.4.2 主I~2C程序实现  64
    5.2.5 串口与以太网口之间数据协议帧转化的软件实现  64-67
      5.2.5.1 多路串口帧封装为以太网帧  65
      5.2.5.2 以太网帧解析为多路串口帧  65-67
  本章小结  67-69
6 系统测试  69-74
  6.1 联机仿真调试  69
  6.2 F8-DCS系统搭建测试  69-72
  6.3 F8-DCS系统现场试验  72-74
7 结论与展望  74-75
  7.1 结论  74
  7.2 展望  74-75
参考文献  75-77
作者简历  77-79
论文数据集  79

基于ARM的多路串行和以太网通信技术的研究与应用

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