基于RTLinux的电气化铁道通信前置机的开发研究

论文摘要

SCADA系统的前置机负责规约转换和数据预处理。电气化铁道前置通信机对实时性有较高的要求,目前所广泛使用的通信前置机多以Windows为开发平台,但Windows操作系统不能做到对数据的及时处理,且其系统的脆弱性也会降低通信前置机的使用效率。而一些专用实时操作系统如WindowsCE等,其昂贵的价格又限制了它在通信前置机中的应用。针对电气化铁道通讯前置机开发面临的主要问题,本文通过分析Windows、Linux和其它一些专有实时系统作为通讯前置机开发平台的不足,讨论了以RTLinux作为前置机开发平台的诸多优势,提出了基于RTLinux进行电气化铁道前置机开发的思想。在本论文中,我们对RTLinux系统的性能进行了分析,并对该开发平台下通信前置机的硬件进行了设计,给出了RTLinux下基于该硬件平台的串口驱动及网络驱动程序的开发。本论文首先对通信前置机所要采用的规约和协议进行必要的分析和说明,首次将RTLinux下的多线程、共享内存等方法引入到前置机的开发中来,以达到提升系统性能的目的。接着来我们给出了整个系统开发框架,并对基于RTLinux的通信前置机软件进行了详细的设计。最后,论文最后搭建了一个试验环境,分别对Linux下和RTLinux下系统的实时性进行了分析,通过结果和分析,验证了本课题设计方案的可行性。采用RTLinux作为通信前置机的开发平台,可以达到提升前置机的实时性,降低开发成本的目的。对于电气化铁道前置机的开发来说,以RTLinux作为开发平台具有良好的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电气化铁道微机监控系统概述
• 1.2 电气化铁道远动前置通信机的研究现状
• 1.3 基于RTLinux电气化铁道前置机的研究意义
• 1.4 本论文所做的工作
• 第二章 RTLinux实时操作系统性能分析
• 2.1 RTLinux实时操作系统简介
• 2.2 RTLinux中进程间的通信
• FIFO'>2.2.1 RT_FIFO
• 2.2.2 共享内存
• 2.3 RTLinux与其它实时操作系统的比较
• 2.4 RTLinux下的应用程序开发
• 2.4.1 RTIinux下的模块化编程
• 2.4.2 RTIinux的编程实例分析
• 2.4.3 RTIinux下多线程的使用
• 2.5 本章小结
• 第三章 前置机的硬件设计及驱动开发
• 3.1 硬件平台的选择
• 3.1.1 RTLinux下通信前置机对硬件平台的需求分析
• 3.1.2 RTLinux嵌入式系统的要求
• 3.2 RTLinux系统硬件驱动程序的开发与实现
• 3.2.1 RTLinux下的串口驱动设计与实现
• 3.2.2 RTLinux下的网络驱动设计与实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 RTLinux下通信前置机的设计分析
• 4.1 开发平台的选择与安装
• 4.2 通信前置机系统的规约分析
• 4.2.1 IEC870-5-101规约
• 4.2.2 CDT规约
• 4.3 通信前置机中的网络通信协议选择
• 4.3.1 TCP/IP协议
• 4.3.2 UDP协议
• 4.3.3 TCP和UDP的比较
• 4.4 通信前置机守护进程设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 RTLinux下通信前置机的软件设计
• 5.1 通信前置机的软件需求分析及总体设计
• 5.1.1 通信前置机的软件需求分析
• 5.1.2 通信前置机功能模块设计
• 5.2 RTLinux下通信前置机的多进程和多线程设计
• 5.3 通信前置机软件详细设计
• 5.3.1 通信前置机系统管理进程设计
• 5.3.2 GTK人机界面及GTK进程设计
• 5.3.3 通信前置机规约处理进程设计
• 5.3.4 通信前置机网络通讯进程设计
• 5.3.5 通信前置机RTU的软件实现
• 5.4 RTLinux系统与Linux系统的分析比较
• 5.4.1 RTLinux实时性能测试程序的设计与实现
• 5.4.2 RTLinux与Linux的性能比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文