论文摘要
PROFINET是基于工业以太网的最新的现场总线协议。它具有很高的实时性,响应时间可以达到微秒级,是工业控制领域公认的未来工业通讯标准。目前对PROFINET的研究还处于刚刚起步阶段,特别是在国内,很少有人从事协议方面的研究,多数还处于应用方面,与其形成鲜明对比的是,工业控制领域对PROFINET的需求日益迫切。本文首先阐述了PROFINET技术的发展历史及研究现状,研究了PROFINET IO的系统模型、提供的服务和协议。其次,本文重点分析了PROFINET RT与IRT协议的通信调度机制,分别提出了计算刷新时间的方法,对两种IRT协议的实时性做出了对比,并且通过对实际产品的分析,研究了RT、IRT和NRT通信数据共存时的带宽分配问题。最后,在从西门子公司获得的PROFINET专用处理器ERTEC400和PROFINET IO协议栈的基础上,根据PROFINET IO的系统模型,对IO从站实验板进行了硬件和软件设计,并成功地与西门子PLC建立起了PROFINET连接,实现了RT数据交换。本课题提出的RT与IRT刷新时间的计算方法和带宽分配方法有助于实际工程应用中对设备的正确配置,合理利用带宽资源,并且避免了数据交换时错误的发生。IO从站实验板的成功设计为IO从站产品的投放市场和PROFINET IO协议栈的广泛应用打下了基础。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 选题背景及意义1.2 国内外研究现状1.3 PROFINET 概述1.3.1 PROFINET IO1.3.2 PROFINET CBA1.4 本课题的主要研究工作及创新点1.4.1 本课题的主要研究工作1.4.2 本课题的创新点第二章 PROFINET IO 模型及数据类型研究2.1 PROFINET IO 的概念2.2 PROFINET IO 模型及数据类型2.2.1 PROFINET IO 的设备分类2.2.2 PROFINET IO 的数据流2.2.3 IO 设备的设备模型2.2.4 数据对象2.2.5 上下文管理2.2.6 应用关系2.2.7 通信关系2.3 PROFINET IO 服务和协议2.4 本章内容小结第三章 PROFINET IO 协议分析和实时性研究3.1 PROFINET 的实时性3.2 PROFINET RT 分析及实时性研究3.2.1 PROFINET RT 帧结构分析3.2.2 转发方式3.2.3 RT 协议实时性分析3.3 PROFINET IRT 协议分析及实时性研究3.3.1 同步3.3.2 IRT 协议分析3.3.3 IRT 实时性分析3.4 西门子RT 与IRT 实时性分析3.4.1 西门子PROFINET 产品介绍及实验目的3.4.2 IRT High Flexibility 和IRT TOP Performance 在组态中的不同3.4.3 同一网络中IRT、RT 与NRT 的带宽分配3.4.4 STEP7 中确定两种IRT 通讯时间的方法分析3.5 本章内容小结第四章 PROFINET IO 从站硬件设计4.1 硬件设计整体概述4.2 核心芯片ERTEC4004.2.1 ARM946 处理器4.2.2 ERTEC400 的总线系统4.2.3 APB 总线上的I/O 模块4.2.4 ERTEC400 的时钟系统4.3 IO 实验板各种模块设计4.3.1 电源模块设计4.3.2 以太网接口电路设计（用于PROFINET 传输）4.3.3 外部存储器电路设计4.3.4 调试接口电路4.3.5 其它模块电路设计4.4 本章内容小结第五章 PROFINET IO 从站软件设计及实验测试5.1 VXWORKS 操作系统和开发环境5.1.1 VxWorks 操作系统简介5.1.2 Tornado 集成开发环境介绍5.2 IO 实验板BSP 驱动程序及协议栈接口的设计5.2.1 板级支持包（Board Support Package）简介5.2.2 BSP 驱动程序设计5.2.3 协议栈接口设计5.3 PROFINET IO 协议栈结构分析5.4 PROFINET IO 实验板应用程序设计5.4.1 初始化阶段5.4.2 运行阶段5.4.3 数据交换完成阶段5.5 使用IO 实验板与西门子PLC 建立通讯连接5.6 本章内容小结总结与展望参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的论文
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