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基于Ethernet/IP协议的数据通信接口研究

2020-12-14阅读(330)

基于Ethernet/IP协议的数据通信接口研究

论文摘要

近年来,随着以太网技术在工业控制领域的广泛应用,Ethernet/IP作为解决网络中数据传输速率低,缺乏透明度,软件和维护费用高等问题的工业以太网新方案,得到越来越多的关注。Ethernet/IP是一个完全开放的技术,这种开放性使其很快的在世界范围内得以推广,国内外的许多大公司和研究机构看到这方面的商机,纷纷着手进行研究。本文就是在这种背景下,基于Ethernet/IP进行从节点的开发与研究,主要针对Ethernet/IP的通信接口部分展开相关的研究工作。通过对Ethernet/IP的分析,设计了基于Ethernet/IP的通信协议栈程序并搭建了硬件平台,最后通过测试实验证明了课题的正确性与可行性。本文首先分析了Ethernet/IP的对象模型、通信原理、传输方式以及数据封装格式,编写了EDS（Electronic Data Sheet ）,然后设计了基于ARM的Linux操作系统硬件平台,包括:微处理器ARM9 S3C2440核心电路、存储电路（SDRAM、FLASH）、电源电路、系统复位电路、JTAG接口电路和以太网接口电路等,从现今常见的硬件平台和操作系统中选取各方面因素都比较优秀的设计方案,并绘制了protel电路原理图及PCB实验板,最终搭建了Ethernet/IP数据通信的硬件平台,并在其上嵌入了Linux操作系统（Linux 2.6.30版本）,与PC机建立了交叉编译环境。宿主机是虚拟机VMware workstation+Red Hat Linux 9.0,目标机是自主搭建的Linux操作系统硬件平台。在上述基础上,本文还用C语言编写了Ethernet/IP的通信协议栈程序,并在Linux下通过编译器GCC把程序转换成Linux C语言程序,然后在调试器GDB中链接调试程序至无错误,同时编写了工程管理文件makefile,进而在集成开发环境Eclipse下生成了可执行文件,最终完成了软件程序的设计过程。最后对Ethernet/IP通信接口进行了测试:以woodhead公司的板卡PCU-ETHIO作为Ethernet/IP主站,通信接口硬件平台作为从站,完成了两者之间的显式报文以及I/O报文的通信传输过程,验证了该通信接口的正确性和可行性,为课题的进一步研究提供了正确的理论基础和实践经验。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状分析
  • 1.3 课题研究内容
  • 1.4 本章小结
  • 第二章 Ethernet/IP 分析
  • 2.1 Ethernet/IP 的通信模型
  • 2.2 Ethernet/IP 特点
  • 2.3 Ethernet/IP 结构
  • 2.4 Ethernet/IP 对象模型
  • 2.5 Ethernet/IP 通信原理
  • 2.6 Ethernet/IP 传输方式
  • 2.7 Ethernet/IP 数据封装技术
  • 2.8 EDS 相关技术
  • 2.9 本章小结
  • 第三章 Ethernet/IP 通信接口硬件设计
  • 3.1 嵌入式系统
  • 3.1.1 嵌入式系统概述
  • 3.1.2 嵌入式系统的特点
  • 3.2 嵌入式处理器
  • 3.2.1 几种典型的嵌入式处理器
  • 3.2.2 ARM9 微处理器主要芯片性能比较
  • 3.3 嵌入式操作系统
  • 3.3.1 几种常见的实时操作系统
  • 3.4 Ethernet/IP 通信接口硬件的两种设计方案分析比较
  • 3.5 Ethernet/IP 通信接口硬件电路设计
  • 3.5.1 核心板电路设计
  • 3.5.2 底板电路设计
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 实时操作系统Linux 在硬件平台上的实现
  • 4.1 构建嵌入式开发环境
  • 4.1.1 Linux 操作系统开发工具
  • 4.1.2 建立交叉编译开发环境
  • 4.2 嵌入式Linux 引导程序的实现
  • 4.2.1 建立 BootLoader 启动程序
  • 4.2.2 U-boot 的启动过程
  • 4.3 U-boot 的移植
  • 4.4 Linux 操作系统移植技术
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 基于Ethernet/IP 的通信协议栈程序设计
  • 5.1 嵌入式软件的开发过程
  • 5.1.1 嵌入式软件开发流程
  • 5.1.2 嵌入式系统调试方法
  • 5.2 基于Ethernet/IP 通信协议栈程序总体设计
  • 5.2.1 协议栈数据传输过程分析
  • 5.2.2 Ethernet/IP 通信协议栈软件程序设计
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 Ethernet/IP 通信接口测试实验
  • 6.1 Ethernet/IP 从站与主站通信的测试实验
  • 6.2 测试结果分析
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

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