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嵌入式系统网络化控制平台研究

作　者: 张双清
导　师: 张道德；杨光友
学　校: 湖北工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ARM9 网络化控制数据采集 IEEE1588 时钟同步
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 73次
引　用: 1次
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内容摘要

随着计算机技术和控制理论的不断进步,将先进的控制技术、网络技术和嵌入式计算机技术加以结合,通过采用IP网络(以太网/无线网/因特网)连接技术,把控制系统快速原型开发和网络化控制无缝集成到一起,体现了未来控制理论研究和控制系统应用发展的方向。本文充分利用嵌入式技术、网络技术、运动控制技术和FPGA技术研究设计了ARM+FPGA的嵌入式系统网络化控制平台,通过对网络和平台系统方案的论证,软硬件系统的研发以及应用开发,为实现嵌入式系统的网络化控制提供了机制保证。本文的主要研究目标是设计和实现嵌入式系统网络化控制平台。采用C/S模式的网络架构,基于ARM+FPGA完成了平台的软硬件开发。在成功构建好嵌入式系统网络化控制平台基础上,开发了远程A/D数据采集系统,实现了6路A/D数据的采集监控；开发了远程串口设备的以太网控制系统,通过串口实现了变频器的远程控制；开发了基于以太网的可重构运动控制系统,实现动态配置运动控制系统的资源和控制算法满足不同的控制功能要求；开发了DSP高速数据的以太网传输系统,利用FPGA的强大并行能力实现了平台通过以太网高速采集DSP的8路同步串口数据传输。利用VC++6.0开发了客户端友好的用户界面,实现了各控制对象的远程实时监控,数据的回传和显示功能。最后,本文分析了IEEE1588精确时钟同步协议原理,借鉴其原理设计了一种简易时钟同步方案,在应用层实现了ms级的时钟同步,验证了平台的同步性能。本论文研究为今后的嵌入式网络化多轴同步运动控制提供了软硬件上的支持。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章引言  10-14
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究的目的和意义  10
  1.3 嵌入式系统网络化控制研究现状  10-13
  1.4 主要研究工作  13-14
第2章系统总体方案  14-19
  2.1 网络架构方案  14-15
  2.2 嵌入式系统网络化控制平台方案  15-18
    2.2.1 软件环境  15-16
    2.2.2 硬件环境  16-17
    2.2.3 方案实现  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第3章嵌入式系统网络化控制平台硬件系统开发  19-24
  3.1 ARM模块  19-20
    3.1.1 最小系统  19
    3.1.2 网络通信模块  19-20
  3.2 FPGA模块  20-21
  3.3 ARM与FPGA接口模块  21
  3.4 模拟数字转换模块  21-22
  3.5 串口通讯模块  22-23
  3.6 本章小结  23-24
第4章嵌入式系统网络化控制平台软件系统开发  24-39
  4.1 LINUX启动过程分析  25-27
  4.2 设备驱动开发  27-38
    4.2.1 设备驱动程序工作原理  27-29
    4.2.2 A/D设备驱动开发  29-32
    4.2.3 FPGA设备驱动开发  32-37
    4.2.4 网卡设备驱动开发  37-38
  4.3 本章小结  38-39
第5章嵌入式系统网络化控制平台应用  39-69
  5.1 远程A/D数据采集  39-44
    5.1.1 整体框架  39
    5.1.2 应用软件设计  39-43
    5.1.3 远程A/D数据采集结果  43-44
  5.2 远程串口设备的以太网控制  44-50
    5.2.1 整体框架  44-46
    5.2.2 应用软件设计  46-50
    5.2.3 远程串口设备的以太网控制界面  50
  5.3 基于以太网的可重构运动控制  50-59
    5.3.1 整体框架  50-51
    5.3.2 应用软件设计  51-59
    5.3.3 基于以太网的可重构运动控制测试  59
  5.4 DSP高速数据以太网传输  59-68
    5.4.1 整体框架  59-60
    5.4.2 应用软件设计  60-67
    5.4.3 DSP高速数据的以太网传输测试  67-68
  5.5 本章小结  68-69
第6章嵌入式系统网络化控制平台性能测试  69-80
  6.1 数据传输延迟测试  69-70
  6.2 IEEE1588 时钟同步协议简介  70-73
    6.2.1 IEEE1588时钟同步过程  71-73
  6.3 基于IEEE1588原理的时钟同步实现  73-78
    6.3.1 延迟测量  73-74
    6.3.2 时钟修正  74
    6.3.3 软件设计  74-78
  6.4 高精度的时钟同步技术探讨  78-79
  6.5 本章小结  79-80
第7章总结与展望  80-82
  7.1 总结  80-81
  7.2 展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
附录  86

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