基金会现场总线报文规范层的研究与实现

论文摘要

现场总线技术是当前自动化领域发展的热点之一,以它为基础产生的现场总线控制系统正在逐渐成为控制系统的主流。其中的基金会现场总线具有良好的发展前景,它是在过程自动化领域得到了仪表厂商的广泛支持的现场总线技术。现场总线报文规范是协议栈中的一个子层。本文介绍了它的具体内容,并提出了一种在嵌入式实时操作系统下软件设计的方法。本研究的目的在于找到实现报文规范层的恰当方法。 本文首先对基金会现场总线系统的总体模型进行了分析。介绍了基金会现场总线协议栈中各个层次的作用和它们的相互关系,以及与协议栈有关的重要概念。通过分析对基金会现场总线协议栈的整体有一个全面的了解。 分析了报文规范子层协议的具体内容。研究了报文规范子层中所提供的各种服务。具体描述了报文规范子层中的编解码规则和该层的状态机。由于报文规范子层是整个基金会现场总线通信栈的一部分,因而本文对基金会现场总线的通信机制进行了研究。 设计了报文规范子层的实现方法。此设计是在实时操作系统Nucleus PLUS上进行的,在嵌入式系统中Nucleus PLUS被广泛使用。本文提出了一种实现报文规范子层协议功能的软件编写方法。考虑到基金会现场总线的通信特点,给出了报文规范层与通信栈中其它层次的接口实现以便它能够更加符合实际应用的要求。 虽然基金会现场总线的协议十分复杂,但通过仔细的分析,完全了解其具体内容之后,就可以编写出符合协议要求的协议栈软件。在编写软件的过程中,要考虑到整体的通讯特点,这样软件才能更加满足实际应用的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 现场总线技术概述
• 1.1 过程控制系统的发展
• 1.2 现场总线的优点
• 1.3 现场总线的标准化
• 1.3.1 现场总线国际标准
• 1.3.2 几种有影响力的现场总线
• 2 基金会现场总线的体系结构模型
• 2.1 基金会现场总线的技术特点
• 2.2 FF现场总线的模型
• 2.3 通信系统的组成及其相互关系
• 2.3.1 对象字典
• 2.3.2 通信实体
• 2.3.3 功能块应用进程
• 2.3.4 系统管理内核
• 2.3.5 虚拟通信关系
• 2.4 协议数据的构成与层次
• 3 基金会现场总线报文规范层的研究
• 3.1 FMS层的服务
• 3.2 FMS层的编／解码规则
• 3.2.1 抽象语法记法
• 3.2.2 FMS层支持的数据类型
• 3.2.3 FMS协议数据单元及其编码
• 3.3 FMS层协议的有限状态机
• 3.3.1 有限状态机
• 3.3.2 FMS层的状态机实体描述
• 3.4 基金会现场总线的通信机制
• 3.4.1 基金会现场总线功能块的调度
• 3.4.2 受调度通信和非受调度通信
• 4 基金会现场总线FMS层的实现
• 4.1 嵌入式实时操作系统Necleus PLUS的说明
• 4.1.1 嵌入式实时操作系统介绍
• 4.1.2 嵌入式实时操作系统的任务调度
• 4.1.3 Nucleus PLUS的特点
• 4.1.4 Nucleus PLUS下的程序开发
• 4.2 FMS层的各种服务的实现
• 4.2.1 FMS层的各种服务实现的总体方案
• 4.2.2 FMS层各服务原语的状态机的实现
• 4.2.3 FMS层的编解码模块的实现
• 4.3 FMS层与其它层次接口的实现
• 4.3.1 用户层与FMS层接口的实现
• 4.3.2 FMS层与FAS层接口的实现
• 4.4 非周期实时信息的调度问题
• 4.5 FMS层协议软件的测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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