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嵌入式工业以太网智能节点结构设计

作　者: 马昕
导　师: 吴旭光
学　校: 西北工业大学
专　业: 武器系统及运用工程
关键词: 工业以太网智能节点 工业以太网控制系统 以太网 ARM 处理器 嵌入式技术 嵌入式实时操作系统 μC/OS-Ⅱ 嵌入式TCP/IP协议栈
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 303次
引　用: 4次
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内容摘要


工业以太网智能控制节点是工业以太网的重要组成部分,其性能的好坏直接影响到工业以太网的实时性、可靠性等性能。目前工业以太网智能节点系统主要采用8位或16位处理器和非实时操作系统控制的体系结构,但是现代工业现场对以太网控制提出了更高的要求,尤其在工业控制中对实时性、可靠性要求较高。因此,传统的智能控制节点在各种情况下及时、准确的响应现场的事件将会是比较困难的。本文首先对工业以太网智能控制节点的体系结构、嵌入式实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈技术进行了深入研究,提出了基于嵌入式技术的智能控制节点系统体系框架。在此基础上进行论证和分析,并设计了实验室原理样机,该样机设计采用基于ARM处理器作为处理器,运行实时操作系统,以以太网为通信媒介。 对于该实验室原理样机,本文按硬件体系和软件体系两部分进行分析和设计。在硬件体系上,智能控制节点的微处理器是32位的ARM处理器S3C44BOX,网卡芯片采用RTL8019AS,分别负责管理各自的硬件模块。在软件体系上,智能控制节点采用μC/OS-Ⅱ作为它的操作系统,嵌入式TCP/IP协议栈作为以太网通信传输协议,在该基础上进行驱动程序和应用软件的开发。最后讨论了试验结果。 通过最后的系统联调,该实验室原理样机达到了所设计的目的。论文的研究成果将是下一步工业以太网进入工业控制领域的现场层的重要的技术储备。

全文目录


第一章 绪论  7-11
  1．1 工业以太网发展概述  7-8
  1．2 嵌入式系统概述  8-9
  1．3 论文的研究内容及意义  9-10
  1．4 论文的结构安排  10-11
第二章 工业以太网控制体系研究  11-19
  2．1 当前工业以太网控制体系的现状  11-15
    2．1．1 工业以太网的发展现状  11-13
    2．1．2 工业以太网与现场总线控制网络的比较  13-14
    2．1．3 工业以太网存在的问题  14-15
  2．2 基于嵌入式技术的工业以太网智能控制节点体系框架  15-19
第二章 嵌入式操作系统和嵌入式以太网技术研究  19-29
  3．1 μC／OS-Ⅱ嵌入式操作系统研究  19-23
    3．1．1 任务管理  19-21
    3．1．2 时间管理  21
    3．1．3 中断管理  21
    3．1．4 内存管理  21-22
    3．1．5 任务间的通信与同步  22-23
    3．1．6 在嵌入式微处理器上的移植  23
  3．2 嵌入式TCP／IP协议研究  23-28
    3．2．1 TCP／IP协议族  23-24
    3．2．2 嵌入式TCP／IP协议  24-28
  3．3 小结  28-29
第四章 工业以太网智能节点方案分析与设计  29-36
  4．1 智能节点的方案分析  29-30
  4．2 模块的功能定义  30-33
  4．3 增强以太网通信确定性的讨论  33-36
第五章 硬件体系设计与实现  36-52
  5．1 硬件体系设计  36-38
    5．1．1 设计原则  36
    5．1．2 整体方案分析设计  36-38
  5．2 硬件电路设计与实现  38-51
    5．2．1 基于S3C44B0X的嵌入式系统的硬件设计  38-47
    5．2．2 以太网通信电路硬件设计  47-51
  5．3 小结  51-52
第六章 软件体系设计与实现  52-80
  6．1 嵌入式系统的设计方法  52-53
    6．1．1 嵌入式系统的总体结构  52-53
    6．1．2 嵌入式系统设计的一般方法  53
  6．2 μC／OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植  53-62
    6．2．1 μC／OS-Ⅱ移植的条件  54
    6．2．2 μC／OS-Ⅱ在S3C44B0X上的移植  54-62
  6．3 智能节点的软件体系设计  62-70
    6．3．1 基于μC／OS-Ⅱ的智能节点软件体系结构  62-64
    6．3．2 嵌入式系统启动程序的实现  64-65
    6．3．3 系统主程序的分析与设计  65-66
    6．3．4 外设驱动程序与接口函数的建立  66-70
  6．4 原理样机的UDP通信设计  70-79
    6．4．1 μC／OS-Ⅱ下嵌入式TCP／IP协议的实现  71-73
    6．4．2 μC／OS-Ⅱ下Socket编程  73-75
    6．4．3 实现原理样机UDP通信设计  75-79
  6．5 小结  79-80
结束语  80-83
致谢  83-84
参考文献  84-87

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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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