| 【中文题名】 | 基于ARM和UCOS-II的嵌入式CAN-以太网网关的研究与实现 |
| 【英文题名】 | Research and Implementation of Embedded CAN-Ethernet Gateway Based on ARM and UCOS-II |
| 【学科专业】 | 计算机软件与理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-3 |
| 【中关键词】 | 嵌入式网关,CAN总线,以太网,协议,ARM,UCOS-II |
| 【英关键词】 | Embedded Gateway,CAN Bus,Ethernet,Protocol,ARM,UCOS-II, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>自动控制、自动控制系统>计算机控制、计算机控制系统 |
| 【论文摘要】 |
计算机和网络技术的迅猛发展，引发了工业控制领域深刻的技术变革。CAN总线支持分布式控制和实时控制，但不适合远距离传输。工业以太网的确定性、实时性和本质安全性已经得到很大程度的提高，在工业控制领域得到日益广泛的应用。本课题来源于安徽省“十五”二期科技攻关项目“矿井安全生产数字化控制平台”，整个平台采用CAN总线+以太网的网络架构。嵌入式CAN-以太网网关实现两种异型网络互联，是整个系统的关键部分。因而，针对矿井生产环境和通信特点设计网关软、硬件具有一定的理论和实践意义。
论文分析了嵌入式CAN-以太网网关的功能；对网络中的通信进行分类，给出了划分音、视频信息和控制信息优先级的方法；研究了隧道机制的原理，给出了网关协议转换模型；制定了CAN总线和以太网的编址方案。分析了由ARM微处理器运行机制决定的系统资源局限性，确定了网关软件的设计思想。对UCOS-Ⅱ操作系统进行了裁剪，完成UCOS-Ⅱ在LPC2194微处理器上的移植，设计了UCOS-Ⅱ任务；采用LPC2194的GPIO对RTL8019AS的ISA总线时序进行了软件模拟；设计并实现了CAN协议栈、嵌入式TCP／IP协议栈、CAN-以太网协议转... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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ABSTRACT |
6-12 |
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第一章 绪论 |
12-17 |
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1.1 工业控制系统的发展 |
12-14 |
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1.1.1 模拟仪表控制系统 |
12 |
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1.1.2 计算机集中控制系统 |
12 |
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1.1.3 分布式控制系统 |
12 |
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1.1.4 现场总线控制系统 |
12-13 |
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1.1.5 工业以太网控制系统 |
13-14 |
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1.2 现场总线-工业以太网网关 |
14 |
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1.2.1 采用独立计算机作为网关 |
14 |
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1.2.2 采用专用的嵌入式网关 |
14 |
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1.3 课题概述 |
14-15 |
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1.4 论文安排 |
15-17 |
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第二章 CAN总线与以太网技术 |
17-25 |
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2.1 CAN总线技术 |
17-18 |
|
2.1.1 CAN总线的技术特点 |
17 |
|
2.1.2 CAN总线的工作原理 |
17 |
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2.1.3 CAN总线模型 |
17-18 |
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2.1.4 CAN帧结构 |
18 |
|
2.2 以太网技术 |
18-25 |
|
2.2.1 以太网的技术特点 |
19 |
|
2.2.2 以太网的工作原理 |
19 |
|
2.2.3 TCP/IP协议模型 |
19-21 |
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2.2.4 TCP/IP协议栈主要协议 |
21-25 |
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第三章 基于 ARM和UCOS-II的嵌入式系统 |
25-36 |
|
3.1 嵌入式系统概述 |
25-26 |
|
3.1.1 嵌入式系统定义 |
25 |
|
3.1.2 嵌入式系统组成 |
25-26 |
|
3.2 ARM微处理器 |
26-30 |
|
3.2.1 ARM微处理器体系结构和原理 |
26-29 |
|
3.2.2 LPC2194微处理器 |
29-30 |
|
3.3 嵌入式操作系统 |
30-34 |
|
3.3.1 嵌入式操作系统选型 |
30-31 |
|
3.3.2 UCOS-II操作系统 |
31-34 |
|
3.4 ARM嵌入式软件开发环境 |
34-36 |
|
第四章 网关研究与总体设计 |
36-43 |
|
4.1 网关功能概述 |
36 |
|
4.2 网关硬件结构 |
36-37 |
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4.3 网关通信类型 |
37-38 |
|
4.4 网关协议模型 |
38-39 |
|
4.5 系统编址方案 |
39-40 |
|
4.6 网关软件总体框架 |
40-43 |
|
第五章 网关软件详细设计与实现 |
43-62 |
|
5.1 UCOS-II模块 |
43-48 |
|
5.1.1 UCOS-II移植 |
43-47 |
|
5.1.2 UCOS-II任务设计 |
47 |
|
5.1.3 UCOS-II中断管理 |
47-48 |
|
5.2 CAN总线模块 |
48-49 |
|
5.3 以太网模块 |
49-56 |
|
5.3.1 以太网接口模块 |
49-53 |
|
5.3.2 ARP模块 |
53-54 |
|
5.3.3 IP模块 |
54-55 |
|
5.3.4 ICMP模块 |
55 |
|
5.3.5 TCP模块 |
55-56 |
|
5.3.6 UDP模块 |
56 |
|
5.4 协议转换模块 |
56 |
|
5.5 串口模块 |
56-57 |
|
5.6 应用实例与测试 |
57-62 |
|
5.6.1 编译设置与交叉调试 |
57-58 |
|
5.6.2 嵌入式网关上位机测试程序 |
58-59 |
|
5.6.3 系统联合调试 |
59-62 |
|
第六章 总结与展望 |
62-63 |
|
6.1 论文完成的工作 |
62 |
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6.2 可进一步开展的工作 |
62-63 |
|
参考文献 |
63-66 |
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附录 |
66 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.384649 |
