EtherNet/IP通信适配器的软件设计与实现

论文摘要

本文以上海捷准工业自动化公司委托开发的“EtherNet/IP通信适配器开发”项目为背景,设计并实现一种基于EtherNet/IP工业以太网的通信适配器,该通信适配器作为EtherNet/IP控制网络与其他技术之间的一个网关,可将工业控制设备集成到EtherNet/IP工业以太网中,提高控制系统的灵活性和兼容性。工业以太网技术和嵌入式技术都是当前应用研究的热点。本文在分析EtherNet/IP工业以太网技术和嵌入式系统发展的基础上,提出了一种工业以太网设备开发方案。该方案既满足了运行网络协议的功能要求,又适应了嵌入式系统采用32位微处理器及嵌入式操作系统的发展趋势,满足Ethernet/IP通信处理器对通信实时性、可靠性的近乎苛刻要求。本文构建了以S3C2410 ARM9为核心的EtherNet/IP通信适配器的硬件系统,设计开发了该通信适配器的Boot Loader、I/O接口驱动程序等底层软件,成功移植Windows CE.NET嵌入式操作系统到该EtherNet/IP通信适配器的硬件平台。Boot Loader与硬件高度相关,担负着初始化系统硬件和引导操作系统的双重任务,是操作系统和硬件之间的联结纽带;而I/O接口驱动程序使操作系统自动识别外围数据采集设备,并为应用程序对底层设备的操控提供服务。此外,本文在EADK（EtherNet/IP Adapter Developers Kit）软件协议栈的基础上编写了该EtherNet/IP通信适配器的应用程序,在应用层实现了CIP（控制与信息协议）,保证网络上实时I/O数据和显式信息的有效传输,进行正确的控制;借助EIPScan软件、EDITT软件、ControlLogix PLC和PCU-ETHIOEtherNet/IP扫描器等工具对该通EtherNet/IP信适配器进行了完整的通信测试,结果表明该Ethernet/IP通信适配器在数据传输的实时性、稳定性、可靠性等方面有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工业以太网是控制网络发展的方向
• 1.2 Ethernet应用于工业现场的关键技术
• 1.2.1 通信确定性与实时性
• 1.2.2 稳定性与可靠性
• 1.2.3 安全性
• 1.2.4 总线供电问题
• 1.3 主要的工业以太网解决方案
• 1.3.1 HSE
• 1.3.2 Profinet
• 1.3.3 Modbus/TCP
• 1.3.4 EtherNet/IP
• 1.4 本文的主要工作以及研究的内容
• 第二章 EtherNet/IP协议简介
• 2.1 EtherNet/IP协议体系结构
• 2.2 EtherNet/IP的物理层与数据链路层
• 2.3 网络层和传输层使用标准的TCP/IP
• 2.4 应用层协议CIP——控制与信息协议
• 2.5 EtherNet/IP的优势
• 第三章 CIP协议规范
• 3.1 CIP的对象模型（Object Model）
• 3.1.1 CIP对象分类
• 3.1.2 基于对象的CIP对象模型
• 3.2 CIP连接和报文协议
• 3.3 设备描述
• 3.4 电子数据文档EDS
• 第四章 EtherNet/IP通信适配器的硬件结构与底层软件
• 4.1 通信适配器的硬件结构
• 4.2 基于Windows CE的Boot Loader程序
• 4.2.1 Boot Loader启动代码
• 4.2.2 Boot Loader的主代码
• 4.3 I/O接口驱动程序的设计与实现
• 4.3.1 流接口驱动模型
• 4.3.2 驱动程序的中断处理
• 4.3.3 驱动程序的设计与实现
• 第五章 EtherNet/IP通信适配器的应用软件开发
• 5.1 EADK简介
• 5.2 应用程序与EADK之间、EADK各组件间的联系
• 5.2.1 UCMM Server
• 5.2.2 UCMM Client
• 5.2.3 CIP连接的建立
• 5.2.4 Class 3 server
• 5.2.5 Class 1（I/O）Data
• 5.3 基于CIP对象的软件实现
• 5.3.1 通信适配器的实现要求
• 5.3.2 应用软件的整体架构
• 5.3.3 程序的编写
• 5.4 EDS文件的编写
• 第六章 EtherNet/IP通信适配器的验证测试
• 6.1 使用EIPScan和EDITT进行测试
• 6.2 与ContrOlLogix之间的通信测试
• 6.3 Woodhead scanner的完整测试
• 总结与展望
• 参考文献
• 作者硕士期间发表的论文
• 附录一
• 致谢