嵌入式网络控制器的研究与设计分析.doc
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摘 要
随着计算机技术、通信技术、集成电路技术和控制技术的发展,传统的工业控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。但许多传统的工业设备基于ProfiBus、FF、CAN、Lon Work等现场总线的通信方式构成的网络控制系统,它们一方面无法直接与以太网相连,另它们采用的协议的标准不统一,给各个厂商设备的一致性和互操作性造成了很大的障碍。当前的工业控制技术有了新的发展方向即工业以太网技术。而目前许多的厂商采用的IPv4工业以太网技术应用工业控制,但它存在实时性问题。本文IPv4工业以太网发展需求出发,研究了下一代网络协议IPv6协议将其应用于网络控制系统中来部分的提高系统的实时性。
本文首先分析了网络控制系统的发展历程,指出目前的IPv4工业以太网嵌入式网络控制系统中存在的网络地址的枯竭、网络信息传输时延、数据包丢失和乱序等问题。接着从网络通信的角度出发全双工交换式以太网、虚拟局域网、Qos服务质量和IPv6技术四种实时性方案嵌入式IPv6协议栈并将其移植了到硬件方面选用LPC2210控制器为核心,并配有RTL8019AS以太网接口,软件方面选用μC/OS-II操作系统为核心最后,基于IPv6的网络控制系统的性能,通过组建实验室中的支持双协议栈的网络环境,验证在不同负载的网络环境下,两种不同通信协议方式在控制系统中的差别。表明IPv6协议栈进行通信在实时性控制和数据丢包控制方面比采用标准的IPv4协议栈好,进而表现出来的系统的动态性能和稳态性能也将好于IPv4。目前,工业以太网统一标准没有被制定出来,考虑到网络技术IPv6协议结合工业以太网的需求,,制定一种基于IPv6的工业以太网统一标准应用于网络控制中。本文只是进行了一部分的尝试,为下一步的网络控制系统的发展和研究提供一种方向。
关键词 IPv6;嵌入式系统;网络控制系统;LPC2210
Abstract
With the development of computer, as well as communication and control technology, the traditional industry control field is going through an unprecedented change, developing towards network. But many traditional industry equipments constitute lightweight networks based on correspondence connection such as the ProfiBus、FF、CAN、Lon Work. On the one hand, those equipments cannot connect with the Internet/Intranet directly. On the other hand, the agreement standard is not unified, which created a significant obstacle for various manufacturers. Therefore, the current industrial control technology had a new development direction of industry Ethernet technology. But at present many manufacturers adopted IPv4 industry Ethernet technology application industrial control, but exists real-time problem. In order to meet the future industry control needs, this paper has researched the next generation network protocol——IPv6 protocol, and applies it in the network control system to partly enhance real-time of system and reduce the end-to-end delay.
First,this paper analyzed the development process of network control systems, pointed out some flaws in Industrial Ethernet of IPv4, such as shor
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