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基于ARM的CC-Link多功能控制器的开发与应用

作　者: 陈登
导　师: 陈立定
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 智能现场设备 MFP3 嵌入式ARM处理器 CC-Link现场总线 Linux
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题针对某市铝型材厂车间生产设备和污染治理设备的监控需求,结合当前国内、外智能现场设备的研究现状,对智能现场设备的通信功能、外设驱动等方面进行了研究,最终成功开发了一套基于ARM并且具有CC-Link总线通信功能的控制器,实现了工业现场各种设备运行状况的实时监控。控制器的通信模块采用CC-Link通信控制芯片MFP3,论文对MFP3底层的485接口电路及其与嵌入式ARM处理器S3C2410的接口电路进行了设计,同时也对构成S3C2410最小系统的SDRAM电路和NAND Flash电路进行了设计。ARM处理器通过模拟/数字输入电路采集工厂现场的设备运行状况参数,并通过协议控制芯片MFP3将这些参数传输至CC-Link网络,同时将它们实时地显示在现场LCD屏上。软件部分主要包括构建嵌入式操作系统和编写驱动程序两部分。嵌入式Linux操作系统的构建是在移植BootLoader的基础上,裁剪、配置Linux内核以及构建根文件系统。驱动程序包括MFP3驱动和LCD驱动,它们屏蔽了硬件设备的工作细节,使控制器具备了手动设置站号和波特率的功能。用户程序通过一组标准化的调用就可以操作MFP3和LCD。论文重点论述了CC-Link通信控制芯片MFP3外围电路、模拟输入接口、数字输入/输出接口、嵌入式系统的软件环境以及外设驱动程序等方面的内容。本设计采用嵌入式处理器(ARM)和CC-Link现场总线相结合,大大增加了工业控制网络监控点数,实现了ARM嵌入式系统在工业控制领域的应用。具有CC-Link总线通信功能的控制器与其它现场总线互操作性强、兼容性好,而且控制器采用Linux操作系统,不仅可靠性高而且二次开发简便,对于工业控制网络的发展有一定的意义。铝型材厂的成功使用表明,本文所开发的多功能控制器具有监控点数多、稳定可靠等优点。利用该控制器所构建的CC-Link网络系统较好地满足了预期的功能要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 选题的背景及意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-13
    1.2.1 CC-Link 现场总线  11
    1.2.2 嵌入式ARM 处理器  11-12
    1.2.3 嵌入式Linux 操作系统  12-13
  1.3 论文的主要工作  13-14
第二章 CC-Link 通讯网络结构与协议  14-19
  2.1 网络结构  14-15
  2.2 协议概述  15-18
    2.2.1 通信过程与帧格式  15-17
    2.2.2 数据链路层  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章系统方案选择及设计思想  19-27
  3.1 方案概述  19
  3.2 现场总线的选择  19-22
  3.3 核心处理器的选择  22-23
  3.4 操作系统的选择  23-25
  3.5 系统结构  25-26
  3.6 本章小结  26-27
第四章系统硬件设计  27-43
  4.1 多功能控制器硬件设计思想  27
  4.2 ARM 最小系统  27-31
    4.2.1 SDRAM 接口电路  28-30
    4.2.2 Flash 电路  30-31
  4.3 通信控制器MFP3  31-38
    4.3.1 MFP3 芯片硬件结构  31-32
    4.3.2 MFP3 主要功能  32-33
    4.3.3 MFP3 外部引脚  33-37
    4.3.4 MFP3 外围电路设计  37-38
  4.4 485 总线接口  38-39
  4.5 模拟量输入模块  39-40
  4.6 数字量输入模块  40-41
  4.7 数字量输出模块  41-42
  4.8 本章小结  42-43
第五章系统软件设计  43-71
  5.1 系统软件整体结构  43
  5.2 BootLoader 移植  43-49
    5.2.1 BootLoader 简介  43-44
    5.2.2 U-boot 的启动流程  44-46
    5.2.3 U-boot 的移植  46-49
  5.3 Linux 内核移植  49-53
    5.3.1 Linux 内核启动流程分析  49-50
    5.3.2 Linux 内核移植  50-53
  5.4 根文件系统的构建  53-57
    5.4.1 根文件系统的基本结构  53-54
    5.4.2 根文件系统的制作  54-57
  5.5 设备驱动程序  57-60
    5.5.1 设备驱动程序简介  57-58
    5.5.2 重要的数据结构  58-59
    5.5.3 read 和write 设备方法  59-60
  5.6 MFP3 驱动程序  60-65
    5.6.1 MFP3 内存配置  60-61
    5.6.2 MFP3 初始化  61-62
    5.6.3 读操作  62-64
    5.6.4 写操作  64-65
  5.7 LCD 驱动程序  65-70
    5.7.1 LCD 硬件原理  65-66
    5.7.2 帧缓冲设备驱动结构  66-67
    5.7.3 帧缓冲相关的数据结构  67-69
    5.7.4 帧缓冲设备驱动模块的加载  69-70
  5.8 本章小结  70-71
第六章应用与测试  71-76
  6.1 网络的组态  72-74
  6.2 系统测试  74-75
  6.3 本章小结  75-76
总结与展望  76-77
  全文工作总结  76
  下一步研究展望  76-77
参考文献  77-79
攻读硕士学位期间取得的研究成果  79-80
致谢  80

基于ARM的CC-Link多功能控制器的开发与应用

内容摘要

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