嵌入式无线工业监控设备中通信模块的研究与实现

论文摘要

在工业现场环境下,监控设备与Internet相结合,可使本地计算机通过Internet网络,实现对远程终端进行监视和控制,完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。无线通信技术增强了工业监控设备的移动性,提高了监控设备的易用性和可用性。首先,针对工业监控系统中数据传输的实时性要求,对TCP/IP协议作如下实时性方面的研究:建立数据缓冲池,应用数据缓冲区采用“申请-使用-归还”的模式,减少申请、释放缓冲区所用时间;采用拆分应用层数据包操作,避免了在数据包分包时重新分配缓冲区和复制数据以及重新计算校验和占用很多CPU时间;优化TCP缓冲区,提高了系统的数据传输能力。同时,编写测试代码,对TCP/IP进行性能测试。实验结果表明,当传输较大数据包和网络负载较大时,TCP/IP处理数据速度都有明显提高,协议性能有了较大改善,使得TCP/IP协议能更好满足其在工业领域的实时性要求。同时,本文选用WLAN技术作为工业监控设备的无线通信技术。实现嵌入式平台的WLAN无线网络通信功能,主要工作包括:编写WLAN无线网卡驱动程序;编写Makefile文件;修改代码将USB协议驱动移植到PXA270目标平台上;对驱动程序进行交叉编译,并动态加载于嵌入式平台上。同时在开发过程中,研究并解决了以下两个问题:OHCI驱动中存在的URB请求等待问题和根hub驱动中存在的死锁问题,最终使得无线网卡应用程序配置工具可正常运行,网卡可以正常热插拔。通过以上工作,提高了TCP/IP协议处理数据的速度,满足了工业领域的实时性要求,同时成功地实现了工业监控设备以WLAN无线通信方式接入Internet网络,提高了监控设备的易用性和可用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入式系统的发展状况
• 1.2 嵌入式工业监控系统接入INTERNET 技术
• 1.2.1 将工业监控设备接入Internet 的意义
• 1.2.2 嵌入式工业监护设备接入Internet 的关键问题
• 1.3 国内外发展与研究现状
• 1.3.1 TCP/IP 协议的研究现状
• 1.3.2 用于监控系统的通讯方式的发展与研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 LINUX 网络系统与嵌入式系统开发模式
• 2.1 LINUX 网络系统
• 2.2 嵌入式系统开发模式
• 2.2.1 嵌入式系统开发模式
• 2.2.2 交叉编译和链接
• 2.3 本章小结
• 第3章 面向工业应用的嵌入式TCP/IP 的实时性研究
• 3.1 引言
• 3.2 嵌入式TCP/IP 结构
• 3.2.1 嵌入式TCP/IP 网络系统结构
• buff 数据结构'>3.2.2 sk_buff 数据结构
• 3.3 嵌入式TCP/IP 的实时性研究
• 3.3.1 数据缓冲池的建立
• 3.3.2 TCP 缓冲区的优化
• 3.3.3 拆分数据包
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 测试结构
• 3.4.2 建立数据缓冲池和拆分数据包对 TCP/IP 性能影响测试
• 3.4.3 优化 TCP 缓冲区对TCP/IP 性能影响的测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 WLAN 无线网络技术在嵌入式平台上的实现
• 4.1 USB 设备驱动与网络设备驱动
• 4.1.1 USB 设备驱动程序
• 4.1.2 网络设备驱动
• 4.2 USB 无线网卡驱动在嵌入式平台上的实现
• 4.2.1 基于 USB 的WLAN 无线网卡驱动程序设计
• 4.2.2 编写 Makefile 文件
• 4.2.3 USB 驱动在PXA270 平台上的移植
• 4.2.4 驱动程序在嵌入式平台上的加载
• 4.3 开发过程中遇到问题的研究与解决
• 4.3.1 死锁问题的研究与解决
• 4.3.2 URB 请求等待问题研究与解决
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要学术论文发表
• 致谢
• 附录