【摘 要】
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在信息网络技术飞速发展的当今,传统的现场总线技术已经无法满足工业控制系统的需求,工业以太网在工业控制网络中扮演着越来越重要的角色。工业以太网技术具有通信速率高、开
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在信息网络技术飞速发展的当今,传统的现场总线技术已经无法满足工业控制系统的需求,工业以太网在工业控制网络中扮演着越来越重要的角色。工业以太网技术具有通信速率高、开放性好、实时性强、价格低廉和资源共享能力强等优势,能够满足工业控制系统中的通信要求。Ethernet POWERLINK是一种典型的工业以太网,其基于标准以太网实现,实时性能表现良好,并且该协议开源,适用于各种平台,因此在工业控制领域有广泛的应用前景。本文首先分析Ethernet POWERLINK协议的结构、通信机制和性能等,然后设计一种基于ARM和FPGA的高性能运算处理和实时通信的平台,针对协议自身的缺陷,提出一种时钟同步的改进策略,最后设计一个Ethernet POWERLINK与TCP/IP网络的网关,并将优化后的协议实现方案应用到新一代集散控制系统中。本文的主要研究内容和创新点如下：1)研究Ethernet POWERLINK网络在多种平台下的实现,重点研究在纯Linux环境和FPGA下的性能对比,设计基于高速ARM处理器的运算处理单元,编写适用于Ethernet POWERLINK的通用外部存储单元的驱动模块,设计基于FPGA的实时通信单元,构建AP-PCP结构,实现一个高性能的运算处理和实时通信的 Ethernet POWERLINK 站点。2)研究Ethernet POWERLINK的两种时钟同步机制,通过计算分析时钟同步误差产生的原因,针对误差较大的缺点,提出减小误差的方法。设计基于FPGA的集线器用于Ethernet POWERLINK网络,有效地克服了时钟同步报文往返传输延时不一致的缺点,对于实现基于Ethernet POWERLINK的高精度分布式时钟同步网络具有重要意义。3)研究并实现Ethernet POWERLINK的交叉通信功能,设计Ethernet POWERLINK与TCP/IP网络之间的网关,解决实时与非实时数据冲突的问题,并在集散控制系统中运行Ethernet POWERLINK协议。
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