基金會現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的研究與開發(fā)

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1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文基金會現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的研究與開發(fā)摘要隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中的信號傳輸方式從模擬信號傳輸發(fā)展到了數(shù)字信號傳輸，因此誕生了一項新的技術(shù)—現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)最大的特點有兩個:一是實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的數(shù)字通信和智能處理，二是它的全開放性。它的出現(xiàn)使基于傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀表所構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本的變革，并以其無可比擬的優(yōu)勢迅速成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流技術(shù)。本論文以當(dāng)前比較成熟的基金會現(xiàn)場總線低速協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)H1為研究對象，主要是從數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的角度，分基本設(shè)備和鏈路活動調(diào)度器兩個方面

2、，對通信機制、帶寬分配策略、鏈路管理和調(diào)度機制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。同時結(jié)合“基金會現(xiàn)場總線通信協(xié)議棧的研究與開發(fā)”項目的開展，作為項目負(fù)責(zé)人進(jìn)行了具體的開發(fā)工作，最后搭建了一個演示系統(tǒng)進(jìn)行測試，并順利通過項目的驗收。本論文共分7章。首先在第二章介紹了H1的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和參考模型，并對各層協(xié)議都進(jìn)行了簡要說明。第三章詳細(xì)介紹了H1通信卡軟硬件的設(shè)計開發(fā)，這既是整個項目的基礎(chǔ)，也為現(xiàn)場設(shè)備的開發(fā)提供了有益的借鑒。硬件設(shè)計的技術(shù)難點是介質(zhì)訪問單元模塊，文中詳細(xì)分析了其設(shè)計原理，給出了一個設(shè)計實例，并有針對性地指出存在的問題，提出了改進(jìn)措施。軟件設(shè)計包括嵌

3、入式操作系統(tǒng)的移植和底層驅(qū)動程序的實現(xiàn)，并指出:內(nèi)存拷貝和內(nèi)存受限是進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的兩個關(guān)鍵問題，提出了JL種行之有效的解決方法。接下來的第四章和第五章是本論文的重點。第四章首先對數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行了概述，描述了其三層模型結(jié)構(gòu)，然后對基本設(shè)備部分的協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的研究，給出了總體設(shè)計和具體實現(xiàn)。為了有效地解決協(xié)議開發(fā)中需要使用大量的定時器用于定時和超時控制的問題，文中創(chuàng)造性地提出了一種新的定時器管理機制。第五章主要研究了鏈路活動調(diào)度器部分的協(xié)議，給出了總體的設(shè)計思路，然后緊緊圍繞五個基本功能進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計開發(fā)，重點分析了周期性和非周期的通信機

4、制，指出存在的缺陷和不足，并給出了改進(jìn)措施。為了提高通信的實時性和性能，優(yōu)化帶寬，文中還比較并分析了幾種不同的非周期通信的帶寬分配策略。第六章是聯(lián)調(diào)和測試部分，搭建了一個演示系統(tǒng)，設(shè)計了測試方案，對協(xié)議實現(xiàn)的關(guān)鍵部分如何進(jìn)行聯(lián)調(diào)和測試做了詳細(xì)說明。最后第七章先是對本項目前期的工作進(jìn)行了總結(jié)，提出了一些建議，也對以后的工作進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字:現(xiàn)場總線，基金會現(xiàn)場總線，通信協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層，鏈路活動調(diào)度器浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文基金會現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的研究與開發(fā)ABSTRACTAlongwiththetechnicaldevelopingofcomp

5、uter,micro-electronicsandcommunication,signaltransmittingmethodwasdevelopingfromanalogtodigitalinthefieldofprocesscontrolandmeanwhilepeoplebroughtforwardanewtechnology:Fieldbus.TherearetwomaincharactersofFieldbus:oneisdigitalcommunicationandintelligentprocessoffieldmeters,andt

6、heotheristhatit'sopeningandavailabletoeveryonetotally.Fromthenon,Filedbusbecamethemaintechnologyinthefieldofprocesscontrolsystem.FFH1standardisthestudyobjectinthispaper.Thispapermainlyfocusesoncommunicationmechanism,bandwidthallocationscheme,linkmanagementandschedulingmechanis

7、mofDataLinkLayer.Therestillbetherealizationofcommunicationcardhardwareandprotocolstacksoftware.Finallyitestablishedademosystemtoaccomplishtheproject.Therearesevenchaptersinthispaper.Inchapter2,thispaperfirstlyintroducesthesystemarchitectureofHlprotocolstandardandreferencemodel

8、,thenitbrieflydescribeseachlayer.Secondlythispaperdetailedpre