论文题目: 基于RTLinux/Linux的工业以太网实时性研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 刘昆
导师: 刘鲁源
关键词: 工业以太网,时钟同步,交换机,流量控制,队列规程
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 目前,国内外学术组织和自动化厂商纷纷开始了工业以太网的研究,并提出了基于Ethernet+TCP/IP的工业以太网标准,而这些标准并没有针对数据链路层提供完美的实时性解决方案,因此对其进行实时性能研究是十分必要的。基于锁相环原理与PID,并结合传输延迟的准确计算给出了一种精确、简单的分布式时钟同步算法。为了验证同步算法,构造了基于RTLinux的共享式以太网实验平台,设计实现了节点的实时网络通信子系统。实验表明,该同步算法在消除时钟漂移影响的同时获得了更高的同步精度和动态性能。时钟同步算法作为网络通信子系统的一个模块实现,为同步算法和分布式实时系统的研究奠定了基础。在详细描述交换式工业以太网的消息模型和系统模型的基础上,以Linux操作系统、PC机和多端口网卡ZX346Q设计并实现了仿真工业以太网交换机及相应的实验平台。仿真交换机提供了良好的编程实现接口,可以对调度算法的性能进行有效的验证和评价。在仿真交换机内部基于Linux流量控制机制实现了一种可区分实时数据和非实时数据的双通道工业以太网交换机模型。以MR-WRR队列规程为例,给出了具有一定通用性和可扩展性的队列规程的基本框架及相应的Linux内核编程方法。最后在所设计的交换式以太网实验平台上测试了仿真交换机交换引擎的相关性能,验证了双通道交换模型的有效性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 工业以太网
1.1.1 工业以太网的由来
1.1.2 工业以太网体系结构
1.2 工业以太网的实时性研究
1.2.1 共享式以太网
1.2.2 交换式以太网
1.3 Linux 和RTLinux 操作系统
1.3.1 Linux 操作系统
1.3.2 RTLinux 实时操作系统
1.4 课题的研究内容及意义
第二章 RTLinux 及其网络通信技术
2.1 实时操作系统RTLinux
2.1.1 RTLinux 的设计思想
2.1.2 RTLinux 的中断机制
2.1.3 RTLinux 对时间的管理
2.1.4 RTLinux 的任务调度
2.1.5 RTLinux 进程间通信
2.2 RTLinux 网络通讯功能
2.2.1 利用Linux 的网络功能
2.2.2 Lnet
2.2.3 RT-Message
2.2.4 RTnet
2.2.5 rtsock
2.2.6 RTL-lwIP
2.3 小结
第三章 一种高精度时钟同步算法及其实现
3.1 引言
3.2 高精度时钟同步算法
3.2.1 高精度时钟同步算法
3.2.2 传输延迟的计算
3.3 基于RTLinux 的以太网实验平台
3.3.1 实验平台结构
3.3.2 节点内部网络实时通信模式
3.3.3 网络平台的构建
3.4 高精度时钟同步算法的实现
3.4.1 高精度时钟同步算法实现
3.4.2 实验结果及分析
3.4.3 同步性能比较
3.5 小结
第四章 Linux 流量控制和透明网桥
4.1 Linux 网络协议栈的总体设计
4.1.1 TCP/IP 参考模型
4.1.2 Linux 网络系统的分层结构
4.1.3 Linux 内核对网络数据包的管理
4.1.4 Linux 中IP 包的收发过程
4.2 Linux 流量控制机制
4.2.1 Qos 定义以及Qos 服务模型
4.2.2 Linux 流量控制的结构
4.2.3 Linux 流量控制的组成元素
4.2.4 用户配置接口以及新队列规程的添加
4.3 Linux 透明网桥
4.3.1 网桥
4.3.2 透明网桥
4.3.3 Linux 中透明网桥的实现
4.4 小结
第五章 交换式以太网实验平台的设计和实现
5.1 引言
5.2 交换式以太网平台的模型和整体设计
5.2.1 消息模型
5.2.2 系统模型
5.2.3 交换式以太网平台结构
5.2.4 仿真交换机和双通道交换模型
5.3 交换式以太网平台的具体实现
5.3.1 平台的网络配置
5.3.2 交换机内部交换引擎的实现
5.3.3 消息的构造
5.3.4 节点收发程序的设计
5.3.5 包调度算法的应用
5.3.6 消息的时间戳标记
5.4 小结
第六章 双通道交换模型的实现
6.1 双通道交换模型
6.1.1 基于消息优先级的双通道机制
6.1.2 实时通道的MR-WRR 调度算法
6.1.3 非实时通道的DRR 调度算法
6.2 双通道队列规程的设计
6.3 MR-WRR 队列规程的设计和实现
6.3.1 MR-WRR 规列规程内部数据结构
6.3.2 MR-WRR 队列规程的相关函数
6.3.3 模块的加载
6.4 双通道交换模型的验证和测试
6.4.1 交换引擎性能研究
6.4.2 双通道机制性能的验证
6.4.3 MR-WRR 调度算法的验证
6.5 小结
第七章 总结与展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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