CAN总线网络控制系统设计及调度算法研究

论文摘要

网络控制系统(Network Control System),是一种完全分布式与网络化的实时反馈控制系统,具有传输的数据量少,传输周期短,实时性高等特点。由于网络控制系统共享其物理传输介质,因此网络上的各个节点需要竞争网络的访问权取得消息的发送权,基于此需要研究网络控制系统中的消息调度管理。本文主要研究基于CAN总线的网络控制系统的设计及调度算法。论文中对通信网络CAN总线协议进行了详细的分析,搭建了一个以PC机和多节点的网络控制系统。每个节点是由ATmega128主控制器组成,节点中集成了A/D转换和D/A转换,一个CAN通信接口。文中详细阐述了网络控制系统中控制节点的设计与实现,包括硬件设计和软件设计两部分。其次对网络控制系统调度算法进行研究,着重介绍了静态的RM调度算法和动态的EDF算法在基于CAN总线网络控制系统中的应用以及通过仿真比较这两种算法的特性。仿真结果表明动态调度算法在网络控制系统应用方面的优势。论文通过实际调试和建模仿真,形成了一个完整的网络控制系统。对于CAN总线的应用推广具有重要的价值,同时对于网络控制系统的构建和研究具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统的发展及其特点
• 1.2 网络控制系统研究中的基本问题
• 1.3 CAN总线及其特点
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 CAN总线协议
• 2.1 CAN总线的分层结构
• 2.1.1 CAN总线物理层分析
• 2.1.2 CAN总线数据链路层分析
• 2.1.3 CAN总线应用层分析
• 2.2 CAN总线帧格式
• 2.3 CAN总线网络时延的捕获
• 2.4 CAN总线网络模型的建立
• 2.5 本章小结
• 第三章 CAN网络控制系统设计
• 3.1 CAN总线网络控制系统模型
• 3.2 CAN总线控制节点的硬件设计
• 3.2.1 控制节点整体结构图
• 3.2.2 ATmega128单片机
• 3.2.3 SJA1000简介
• 3.2.4 PCA82C250简介
• 3.2.5 TLC5620 D/A转化模块
• 3.2.6 CAN总线模块电路
• 3.3 CAN总线节点的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 NCS仿真技术研究
• 4.1 概述
• 4.1.1 全实物实验系统
• 4.1.2 半实物半虚拟仿真实验
• 4.1.3 纯虚拟仿真
• 4.2 TrueTime工具箱
• 4.2.1 TrueTime工具箱简介
• 4.3 建立仿真系统的主要技术问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 网络控制系统调度研究
• 5.1 网络调度方法
• 5.2 开环调度
• 5.2.1 静态调度算法
• 5.2.2 动态调度算法
• 5.2.3 混合调度算法
• 5.3 自适应调度方法
• 5.4 闭环调度方法
• 5.5 网络控制系统调度的应用仿真
• 5.5.1 基于CAN的RM应用仿真
• 5.5.2 基于CAN的EDF应用仿真
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 TLC5620子程序
• 附录二 节点电路原理图
• 附录三 节点实物图
• 附录四 CAN接口部分的程序
• 附录五 调度仿真源代码