基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式Modbus-TCP/IP协议转换网关的设计与实现

论文题目: 基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式Modbus-TCP/IP协议转换网关的设计与实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 检测技术与自动化装置

作者: 管金库

导师: 蒙建波

关键词: 以太网,嵌入式系统

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 工业以太网作为一种新兴、统一、快速发展的标准,已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层和执行制造层广泛应用,同时呈现出向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。目前现场总线多标准并存的现状导致的标准不统一和产生设备的兼容性问题,是现场总线亟待解决的问题之一。将工业以太网应用于现场级控制成为近年来工控领域的研究热点。工业以太网标准的建立刚刚开始,获得普遍承认的国际性工业以太网的标准还没有制订出来。由于现场总线技术大多掌握在外国公司手里,使得我国为此支付了大量的资金。因此,建立我国自己的工业以太网标准具有重大的社会和经济意义。本文探讨了一个基于μC/OS-II 的工业协议转换网关的设计与实现。在嵌入式系统的基础上完成Modbus 现场总线协议与TCP/IP 协议的转换的功能。首先,论文介绍了现场总线的现状和以太网的发展现状;对国内外工业以太网标准的制订情况做了概述。以及建立我国自己的工业以太网标准的意义。其次,论文介绍了与课题相关的一些基础知识,包括:嵌入式系统μC/OS-II、以太网和TCP/IP 协议族。在介绍TCP/IP 协议族的时候,针对嵌入式系统的特点,我们有选择的介绍了课题中应用到的相关协议并探讨了对这些协议该做如何的简化以使之适合嵌入式系统。在随后的两个章节中,我们详细说明了这个嵌入式工业网关的硬件设计与软件设计的实现过程,给出了部分电路原理和软件代码实现说明。详细介绍了硬件各部分的设计方法和实现。并在软件部分着重介绍了μC/OS-II 系统中任务的划分及多任务调度机制的实现。第五章阐述了系统的实现和功能调试过程。对代码空间问题、系统运行效率问题以及可靠性问题进行了详细的讨论。并对调适过程中遇到的一些问题做了分析并给出了解决方案。最后,论文对本课题进行了总结讨论,指出了后续工作中应努力提高和改善的地方。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

2 嵌入式系统μC/OS-II 及TCP/IP 协议的简化实现

2.1 嵌入式技术简介

2.2 μC/OS-II 操作系统简介

2.2.1 μC/OS-II 操作系统的特点

2.2.2 μC/OS-II 在单片机使用中的一些特点及注意事项

2.3 以太网技术及应用于嵌入式系统的TCP/IP 协议简化实现

2.3.1 以太网技术简介

2.3.2 TCP/IP 协议简介

2.3.3 嵌入式TCP/IP

2.4 Modbus 协议简介

2.4.1 Modbus 消息帧和Modbus 协议的传输方式

2.4.2 Modbus 协议的查询与回应

3 系统硬件接口设计

3.1 以太网控制芯片RTL8019AS 介绍

3.1.1 RTL8019AS 的主要特点

3.1.2 RTL8019AS 的内部结构与功能介绍

3.2 网关的硬件结构与接口电路

3.3 片外RAM 的扩展

3.4 RS232 串行口实现

3.5 RTL8019AS 外围电路

3.5.1 RTL8019AS 的外围电路

3.5.2 RTL8019AS 地址译码

3.5.3 RTL8019AS 与HR901170 的接口电路

3.6 电源和时钟

4 系统软件设计

4.1 μC/OS-II 在51 单片机上的移植

4.1.1 μC/OS-II 对处理器的要求和移植执行步骤

4.1.2 μC/OS-II 的任务控制块结构及51 单片机堆栈结构设计

4.1.3 在51 单片机上移植μC/OS-II

4.2 基于51 单片机的TCP/IP 协议栈实现

4.2.1 链路层软件实现

4.2.2 网络层软件实现

4.2.3 传输层协议实现

4.2.4 对应用层协议的裁减

4.3 系统任务划分及任务之间通信与同步

5 系统实现与功能调试

5.1 芯片选择与产品成本分析

5.2 PCB 板的绘制

5.3 硬件实物图

5.4 软件功能调试

5.4.1 TCP/IP 协议栈功能测试

5.4.2 软件功能调试

5.5 调试中的有关问题及分析

5.5.1 数据存储问题

5.5.2 代码空间问题

5.5.3 引入嵌入式系统的消耗

5.5.4 μC/OS 和μcLinux 的比较

5.5.5 系统的可靠性问题

5.5.6 系统的使用情况

6 结论与展望

致谢

参考文献

附:

1. OS_CPU_A.ASM 部分实现代码

2. 作者在攻读研究生期间参加完成的研究课题和论文

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-11-07

参考文献

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