远程可维护网络终端关键技术的研究与实现

论文摘要

远程维护技术是利用网络在异地对现场设备进行监测,并根据监测数据调用网上诊断资源或异地专家知识,进行故障诊断和设备维护的技术。本课题是国家“863计划”——安全结构智能网络终端技术的子课题,其目的是为了增强网络终端的可维护性,方便用户使用,从而更有利于网络终端在农村市场的推广。本文针对网络终端软硬件故障的特点和分类,在深入研究了因特网可重配置逻辑(Internet Reconfigurable Logic,IRL)的组成、结构及其实现原理的基础之上,研究了基于IRL机制的网络终端远程维护问题,并给出了相应的解决方案。主要研究工作如下:(1)设计实现了操作系统远程维护功能模块。针对操作系统无法正常启动的故障,通过在网络终端的Bootloader中添加TCP/IP协议栈实现操作系统的远程安装。(2)提出了基于断点机制的软件故障维护解决方案。在深入研究进程上下文和进程任务数据结构的基础之上,定义了系统断点,设计了保存和恢复系统断点的实现方法。(3)针对网络终端硬件的组成和分类,提出了基于自动机理论设计和实现网络终端上的硬件故障诊断软件。通过该软件一旦检测出硬件故障就向远端主机发送硬件故障诊断报告。(4)提出了一种利用FPGA替换故障硬件接口电路的网络终端硬件故障远程维护解决方案。主机在接收到网络终端发送来的硬件故障诊断报告后,会将相关硬件接口电路的FPGA配置文件发送到网络终端,并由网络终端利用CPLD实现对FPGA的再配置,使FPGA具有故障硬件接口电路的硬件逻辑功能,从而实现了网络终端硬件故障的远程维护。

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摘要

Abstract

第一章引言

1.1 选题的背景与研究意义

1.2 国内外研究动态分析

1.3 论文篇章结构

第二章基于IRL机制的网络终端远程维护整体解决方案

2.1 IRL基本概念

2.2 FPGA基本概念

2.3 IRL系统的基本组成

2.4 网络终端远程维护整体解决方案的设计

2.4.1 网络终端故障源的分类

2.4.2 针对不同故障源所采用的远程维护方案

第三章操作系统远程维护功能模块的设计和实现

3.1 网络终端操作系统内核加载流程分析

3.2 操作系统远程维护概要设计

3.3 网络终端TCP/IP协议栈的设计

3.4 操作系统远程维护功能模块的实现

第四章基于断点机制的软件故障维护

4.1 进程的相关概念

4.1.1 进程上下文

4.1.2 任务数据结构

4.1.3 定位进程数据区域

4.2 系统断点机制的设计

4.2.1 init进程简介

4.2.2 系统断点的定义

4.2.3 系统断点保存进程和系统断点恢复进程的设计

4.3 系统断点机制的实现

4.3.1 进程链表的定义

4.3.2 系统断点保存进程的实现

4.3.2.1 进程主要内核信息的保存实现

4.3.2.2 进程内存数据内容的保存实现

4.3.2.3 利用函数调用接口实现系统断点的保存

4.3.3 系统断点恢复进程的实现

4.3.3.1 进程的创建

4.3.3.2 在操作系统内核区创建一个进程

4.3.3.3 进程主要内核信息的恢复实现

4.3.3.4 进程内存数据内容的恢复实现

4.3.3.5 利用函数调用接口实现系统断点的恢复

第五章硬件故障诊断软件的设计和实现

5.1 网络终端的硬件分类

5.2 硬件故障诊断技术概述

5.3 有限自动机的基本概念

5.4 硬件故障诊断软件功能模块的划分及具体硬件检测方法的说明

5.5 硬件故障诊断软件的设计和实现

5.5.1 网络终端开机自检程序的具体实现

5.5.2 硬件故障诊断应用程序的具体实现

第六章基于FPGA的硬件故障远程维护

6.1 网络终端硬件故障远程维护整体设计方案

6.2 硬件故障远程维护整体方案中主要功能模块的设计

6.2.1 硬件故障报告发送模块的设计

6.2.2 FPGA配置文件下载模块的设计

6.2.3 利用CPLD配置FPGA的解决方案

6.2.3.1 FPGA配置流程分析

6.2.3.2 利用CPLD配置FPGA的电路设计

6.2.3.3 CPLD逻辑结构的设计及实现

6.3 硬件故障远程维护整体方案的实现

6.3.1 基于LED数码管的硬件故障远程维护整体设计方案

6.3.2 LED数码管接口电路的设计及实现

6.3.3 硬件故障诊断软件,硬件故障报告发送模块和配置文件下载模块的实现

6.3.4.硬件接口电路切换模块的实现

第七章总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 存在的问题及工作展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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