工业以太网中的测控节点的设计

论文摘要

随着以太网速度的不断加快及其在实时性、可靠性方面的不断改善，工业以太网将在测控网络中扮演越来越重要的角色。在工业以太网中，测控节点无疑是非常重要的单元，它们完成现场实时数据采集和执行控制任务。本论文主要提出了基于嵌入式系统技术的测控节点的设计方案。本论文首先介绍了工业以太网和嵌入式系统，接着对TCP／IP协议进行了详细分析。测控节点的硬件设计主要与单片系统ADμC834和以太网控制器RTL8019AS有关，其中ADμC834是节点的核心，RTL8019AS实现网络通讯功能，此外文中还详细说明了具有实时性的I／O通道和网络隔离接口的设计。在测控节点的软件设计方面，根据8位微处理器本身资源有限的特点，本文选用了极小型的TCP／IP协议栈uIP，通过对其进行移植和裁剪使它实现预定的功能，另外为了使系统运作更为实时有效，选用了嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ并将其移植到ADμC834上。本论文所设计的测控节点可以被开发成实际的产品并应用于分布式控制系统当中。该节点可以被嵌入到各个装置、设备、仪器和仪表中，使得它们能通过以太网交换信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工业以太网
• 1.1.1 工业以太网定义
• 1.1.2 工业以太网体系
• 1.1.3 以太网协议简介
• 1.1.4 工业以太网与现场总线相比较
• 1.1.5 工业以太网存在的几个问题
• 1.2 嵌入式系统
• 1.2.1 嵌入式系统定义
• 1.2.2 嵌入式系统的发展历程
• 1.2.3 嵌入式系统的特点
• 1.2.4 嵌入式操作系统
• 1.3 基于嵌入式技术的工业以太网测控节点体系框架
• 1.4 论文的工作内容和目标
• 第二章 TCP/IP协议
• 2.1 TCP/IP协议体系结构
• 2.2 TCP/IP协议族中几个主要协议的介绍
• 2.2.1 ARP协议
• 2.2.2 IP协议
• 2.2.3 ICMP协议
• 2.2.4 UDP协议
• 2.2.5 TCP协议
• 第三章 测控节点的硬件结构
• 3.1 基于ADμC834的现场采集控制模块的设计
• 3.1.1 嵌入式微控制器ADμC834简介
• 3.1.2 全隔离的I/O通道设计
• 3.2 基于RTL8019AS的以太网接口设计
• 3.2.1 以太网控制器RTL8019AS简介
• 3.2.2 RTL8019AS的硬件连接
• 3.2.3 网络隔离电路设计
• 第四章 测控节点的软件结构
• 4.1 ADμC834的数据采集与控制输出
• 4.1.1 开关量的输入与输出
• 4.1.2 模拟量的输入与输出
• 4.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ的内核结构
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植设计
• 4.3 RTL8019AS的驱动程序
• 4.3.1 RTL8019AS的初始化
• 4.3.2 发送数据
• 4.3.3 接收数据
• 4.4 嵌入式TCP/IP协议栈——uIP的移植和实现
• 4.4.1 uIP协议栈简介
• 4.4.2 TCP/IP各层协议在uIP中的实现
• 4.4.3 移植过程中需要更改的几个地方
• 4.5 μC/OS-Ⅱ与uIP的合成
• 第五章 总结与展望
• 参考文献