基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种工业现场总线中，CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被广泛应用于各领域。CIA(CAN in Automation)协会发布了完整的CANopen协议，定义了应用层和通讯子协议，为基于现场总线的分布式控制系统的广泛应用提供了解决之道。 本文研究国内外现场总线发展现状后，以改善现场总线网络通讯系统的运行效率，提高实时性和信息处理能力为前提，浅析CAN总线高层通讯协议CANopen，分析了主、从节点的各个功能，说明了功能的设计和实现方案。 然后，本文将CANopen协议应用于分布式控制系统，详细论述了基于PIC18控制器的从节点和基于DSP控制器的主节点的实现过程。主、从节点具有基于CANopen协议的总线通信功能。从节点具有数字量和模拟量输入输出功能。主节点可以通过键盘对各节点运行状态和各节点参数进行调整，还可以通过液晶屏显示实时控制量和各节点运行状态。PC机能在线监测CAN报文数据流。本文对两种类型节点的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详尽的阐述，并给出了部分关键硬件原理图和软件流程图。 最后，把已开发的从节点和主节点组成一个温度测控系统和一个电机控制系统。经过实验室测试，证明系统具有良好的实时性，通讯稳定可靠，解决了传统CAN总线节点通讯可控性差，无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发，少有使用上层软件协议的习惯，起到了一定的推动意义，提高了应用水平。
上传时间： 2013-04-24
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高速数据采集系统在信号检测、雷达、图像处理、网络通信等领域有广泛应用，不同的应用要求使用不同的总线和不同的设计，但是，无论基于何种应用，其设计的关键在接口的实现上。 @@ 随着cPCI总线技术的发展，cPCI总线逐渐代替了PCI总线、VME总线，成为测控领域中最受人们青睐的总线形式。 @@ 为满足高速采集过程中数据传输速度的要求和采集卡与PC机连接的机械强度的要求，本论文提出设计基于cPCI总线接口的数据采集系统。设计中利用单片FPGA芯片实现PCI协议，代替传统的FIFO芯片和串并转换芯片，并完成对模拟电路的控制功能；并提出将应用程序中的一部分数据读写操作放入动态链接库中，减少因应用程序反复调用驱动程序而造成的资源浪费和时间的延迟。 @@ 通过分析PCI总线协议，理解高频数字电路设计方法和高速数据采集原理，本文开发了基于cPCI接口的高速数据采集系统。经过综合测试和现场应用验证表明，采集系统已达到了要求的性能指标。 @@关键词：FPGA；数据采集系统；cPCI； PC
上传时间： 2013-07-08
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随着Internet的不断发展，人们希望日常生活中所用到的嵌入式设备都能够很方便地实现Intemet接入，这对嵌入式系统设计提出了新的挑战，要求低成本、多功能、高性能。这些是目前嵌入式系统设计的热点。 可编程逻辑器件FPGA在过去的几十年中取得了飞速发展，从最初的几千门到现在的几百万门，可靠性与集成度不断提高，而功耗和成本却在不断降低，具有很高的性价比。再加上开发周期短、对开发人员的要求相对较低的优点，因此被大量应用于嵌入式系统设计中。 本文是基于FPGA高性价比、可灵活配置的特点，也是当前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系统设计方式，所以我们提出了基于FPGA的实现方案。本文通过在FPGA中硬件实现嵌入式TCP/IP协议(包括UDP、IP、ARP、TCP等网络协议)以及以太网MAC协议，并提供标准MII接口，通过外接PHY实现网络连接。最终成功地通过了验证。 基于FPGA的实现可以有效地降低成本，同时可以在其中集成其他功能模块，提高整个系统的集成度，减小PCB版图面积和布线复杂度，有利于提高系统可靠性。因此，本研究课题对嵌入式系统设计有很大的实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着国际互联网络的迅猛发展，网络应用的不断丰富，Intenret已经从最初以学术交流为目的而演变为商业行为，网络安全性需求日益增加，高速网络安全保密成为关注的焦点，在安全得到保障的情况下，为了满足网速无限制的追求，高速网络硬件加密设备也必将成为需求热点。另一方面，IPSec协议被广泛的应用于防火墙和安全网关中，但对IPSec协议的处理会大大增加网关的负载，成为千兆网实现的瓶颈。本文便是针对上述现状，研究基于高性能FPGA实现千兆IPSec协议的设计技术。 目前，国外IPSec协议实现已经芯片化，达到几千兆的速率，但是国内产品多以软件实现，速度难以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技术方案，采用硬件实现隧道模式下的IPSec协议，为IP分组及其上层协议数据提供机密性、数据完整性验证以及数据源验证等安全服务。在以VPN为实施方案的基础上，构建了以KDIPSec为设备原型以IPSec协议为出发点的千兆网络系统环境模型，从硬件体系结构到各个模块的划分以及各个模块实现的功能这几个方面描述了KDIPSec实现技术，最后描述了一些关键模块的FPGA设计和和仿真。所有处理模块均在Xilinx公司的FPGA芯片中实现，处理速率超过1Gb/s。
上传时间： 2013-07-03
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随着电子技术的不断发展，各种智能核仪器逐步走向自动化、智能化、数字化和便携式的方向发展。针对传统的多道脉冲幅度分析器体积大，人机交互不友好，不方便现场分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脉冲幅度分析器的陆续出现填补了这一缺点。 随着电子技术的发展，以ARM为核的处理器技术的应用领域不断扩大，相比较单片机而言，它的主频高、运算速度快，可以满足多道脉冲幅度分析器的苛刻的时间上的要求。而且ARM处理器功耗小，适合于功耗要求比较苛刻的地方，这些方面的特点正好满足了便携式多道脉冲幅度分析器野外勘察的要求。同时，由于以ARM为核的处理器具有丰富的外设资源，这样就简化了外设电路及芯片的使用，降低了功耗并增强了产品的信赖性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系统，为多道脉冲幅度分析器多任务的管理和并行的处理，甚至硬实时功能的实现提供了前提。而且在ARM平台使用嵌入式linux操作系统使多道脉冲幅度分析器的软件易于升级。 智能化和小型化是多道脉冲幅度分析器的发展趋势。智能化要求系统的自动化程度高、操作简便、容错性好。智能化除了需要控制软件外，还需要软件命令的执行者即硬件控制电路来实现相应的控制逻辑，两者的结合才能真正的实现智能化。小型化要求系统的体积小、功耗小、便于携带；小型化除了要求采用微功耗的器件，还要求电路板的尺寸尽量的小且所用元件尽量的少，但小型化的同时必须保持系统的智能化，即不能减少智能化所要求的复杂的逻辑和时序的控制功能。为此采用高集成度的ARM芯片实现控制电路能满意地同时满足智能化和小型化的要求。在研制的多道脉冲幅度分析器中，几乎所有的控制都可以用控制芯片来实现，如阈值设定、自动稳谱以及多道数据采集，在节省了元件的数目和电路板的尺寸的同时仍能保持系统的智能化程度。 Linux内核精简而高效，可修改性强，支持多种体系结构的处理器等，使得它是一个非常适合于嵌入式开发和应用的操作系统。嵌入式Linux可以运行的硬件平台十分广泛，从x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他许多硬件体系结构。目前在世界范围内，ARM体系结构的SOC逐渐占领32位嵌入式微处理器市场，ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域，例如：工业控制，无线通讯，网络，消费类电子，成像等。 本课题采用三星公司生产的ARM(Advanced RISC Machines，先进精简指令集机器)芯片S3C2410A设计并研制了一种便携式的核数据采集系统设计方案。利用ARM芯片丰富的外设资源对传统的多道脉冲幅度分析器进行改进和简化。系统由前端探测器系统，以及由线性脉冲放大器、甄别电路、控制电路、采样保持电路组成的前置电路，中央处理器模块，显示模块，用户交互模块，存储模块，网络传输模块等多个模块组成。本设计基于ARM9芯片S3C2410，并在此平台上移植了嵌入式linux操作系统来进行任务的调度和处理等。 电路板核心板部分设计采用6层PCB板结构，这样增加了系统可靠性，提高了电磁兼容的稳定性。数据采集系统是多道脉冲幅度分析器的核心，A/D转换直接使用了S3C2410内置的ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)，在2.5 MHz的转换时钟下最大转换速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采样点每秒)，满足了系统最低转换时间≤5 μs的要求，并且控制简单，简化了外部接口电路。由于SD(Secure Digital Card，安全数码卡)卡存储容量大、携带方便、成本低等优点，所以设计中采用其作为外部的数据存储设备,其驱动部分采用SD卡软件包，为开发带来了方便。本设计采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏作为人机交互的显示部分，并且通过Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。其中包括了波形显示部分和用户菜单设置部分，这样方便了用户操作。系统的数据存取方面是基于SQLite嵌入式小型数据库而进行的。为了方便数据向上位机的传输，系统设计中采用XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)格式来组织传输的数据，通过基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的Linux下Socket套接字编程，来进行与上位机或PC(Personal Computer,个人计算机或桌面机)等的连接和数据传输。
上传时间： 2013-04-24
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DeviceNet现场总线标准作为工业现场总线的国际标准，其开放性和先进性得到了广泛关注和充分肯定。开发符合DeviceNet现场标准的自动化产品意义重大，也是必要的。 文中从现场通用的老式串口（RS232和RS485）与新兴DeviceNet网络的兼容问题以及模拟量，数字量和多种总线等多功能的一体化问题为出发点，以Atmel的32位ARM7高速处理器为开发平台，充分发挥其处理高速和功能多样的优势，同时结合DeviceNet现场总线高效和诊断的优点，开发了一个带8路数字量输入，8数字量输出，4路模拟量输入以及RS232为底层自定义协议串口，RS485为底层的在线可配置Modbus协议的DevciceNet一体化通讯网关。 最后文中还利用双口RAM的协同处理能力，构成双CPU处理能力的结构，将avr162的8位处理器处理PROFIBUS总线数据，而将32位的ARM7处理器处理DeviceNet总线数据。文中特别从系统硬件开发和软件开发两方面加以阐述，并结合OMRON PLC主站测试系统，最终成功给于测试。 为了便于读者理解和文章的完整性，本文首先对DeviceNet现场总线标准做了简单介绍；后根据DeviceNet标准对所需求的产品的进行总体设计，以及相应的DeviceNet网关的硬件和软件的设计和开发。最后，搭建了DeviceNet-Modbus测试系统和DeviceNet-PROFIBUS DP两套测试系统对所开发产品进行的了功能测试。本课题按照预期设计思想完成了DeviceNet多功能网关的软硬件的开发，并将系统程序下载到处理器中，在测试平台下能够长时间的正常运行，达到了期望效果。
上传时间： 2013-04-24
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TCP/IP协议作为Internet上的通信实现方式的一种，是近年来嵌入式应用领域的一个研究热点。嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就需要支持TCP/IP协议。嵌入式系统具有内核小、专用性强、系统精简、实时性高、功耗和环境要求严格等特点，所以传统的TCP/IP协议不适合移植到嵌入式系统中。实现嵌入式系统网络接入有两种选择，第一种是按照TCP/IP协议的原理编写简化版的通信协议；第二种是将已有小型的，适用于嵌入式系统的网络协议移植到系统中。 首先本文简要介绍了嵌入式网络协议的研究现状和研究内容，分析了LwIP协议栈中IP协议、TCP协议、UDP协议和ICMP协议的原理。由于LwIP没有使用和操作系统相关的系统调用和数据结构，所以在LwIP和操作系统之间增加了一个操作系统封装层为操作系统服务。LwIP不仅保持了TCP协议主要功能，而且减少了对RAM的占用。 其次，移植中实现了操作系统模拟层和LwIP底层接口。操作系统模拟层为协议和操作系统提供了一个接口，使协议对操作系统透明，可以不依赖操作系统运行，需要实现信号量、邮箱、线程和临界保护。LwIP底层接口为不同的硬件提供不同的驱动程序，需要实现系统初始化、网卡初始化、线程接收、数据包的读取和发送。 最后提出测试设计框架，在ARM开发板和μC/OS-Ⅱ操作系统上对移植的协议进行测试。测试结果表明，移植协议可以正常工作，实现了基本的网络功能。
上传时间： 2013-07-11
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软硬件资源的不断成熟和完善，使得嵌入式系统应用得到了十分迅猛的发展。另一方面，互联网技术的发展，使得Internet逐渐深入到人们的日常生活中。嵌入式控制网络与信息网络的互联不仅拓宽了控制系统的控制范围，而且丰富了信息系统的内容。因此，嵌入式系统与Internet相结合将成为嵌入式系统和互联网络发展的重要方向。 现阶段，Internet规模的日益扩大与IPv4地址匮乏之间的矛盾越来越突出。为解决IPv4网络存在的各种问题而出现的IPv6协议具有海量的地址空间、优化的路由算法、自动化的地址配置等；同时还增加了对安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet从IPv4过渡到IPv6是一种必然的趋势。综上，对IPv6协议进行研究并将其引入嵌入式系统，实现嵌入式设备接入网络的功能，具有较高的科研价值和现实意义。 本文在对嵌入式系统相关概念和嵌入式IPv6协议栈进行介绍的基础上，阐述了IPv6协议簇中核心协议的原理、报头结构和参数等。接着根据嵌入式TCP/IP协议栈的设计要点，提出嵌入式IPv6协议栈的总体设计，进一步对协议栈的进程模型、内存管理、平台无关性和通讯机制进行了研究。然后对协议栈的裁剪和数据包的处理流程进行分析，给出各模块的详细设计与实现，主要有IPv6模块、ICMPv6模块、邻居发现(ND)模块和UDP模块。最后将协议栈嵌入到uC/OS-II操作系统中并搭建测试环境对IPv6协议栈进行功能性测试，结果表明协议栈功能正常，可以完成基本的通讯功能。 协议栈根据嵌入式系统资源有限和应用相对单一的情况进行裁剪，采用分层结构实现；同时在实现基本功能的前提下，为功能的扩展提供了接口；另外，将协议栈与硬件、编译器和操作系统相关的代码独立开来，实现了协议栈在不同平台的良好移植。关键词：嵌入式系统，因特网，ARM，IPv6，ICMPv6，邻居发现协议
上传时间： 2013-04-24
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ARM微处理器和嵌入式Linux操作系统为核心的嵌入式技术，已在很多领域得到了越来越广泛的应用。由于网络在未来计算中将发挥非常重要的作用，因此连通性、网络化正逐渐成为嵌入式设备的发展方向，嵌入式设备的网络化已经成为网络发展的必然趋势。美国贝尔实验室预测未来数年内所能想到的任何有用信息都是由嵌入式设备通过网络供给信息的需求者。 本文设计和实现了基于ARM处理器的嵌入式系统硬件和软件解决方案，将Linux移植到LH79520，并且实现了嵌入式系统的网络通信功能。 本文采用NXP公司的LH79520微控制器作为处理器，采用高度集成的以太网芯片DM9000A作为网络接口，并且扩展了LCD、UART接口。使用APEX作为系统的Bootloader，选择Linux操作系统进行裁剪和移植，编写了网络芯片驱动程序，使得2.6.22版本内核在硬件上稳定运行；同时实现了嵌入式平台和Linux系统之间的网络的数据传输。对影响TCP网络数据传输速率的因素进行了研究，通过对比和测试优化了ARM嵌入式系统的网络传输性能。最后，在ARM平台和Linux主机端分别实现了采用IPMSG协议的网络传输应用程序。 通过测试表明，本文所设计的嵌入式系统在可用性及操作方便性方面都达到了预期的目标，使得ARM Linux移植更有效率而且降低成本，具有实际的应用价值。
上传时间： 2013-07-14
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无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network)的基本特性是：低功耗、自组织、异构互联，这些全新的形态传统的理论和模型难以描述，巨大的潜在应用使它成为理论和应用研究的热点。无线传感器网络是一种自组织网络，让物理环境的信息主动的以无线的方式发送到人类信息世界。人类根据获取的信息做出判断，利用无线传感网络反过来将我们一定的意图反馈到客观世界。这将是一种全新的人类和自然界的沟通方式。 无线传感网络不是孤立的，需要与现有的异构网络互联才有意义，而这方面的研究也比较少，本课题就是解决无线传感网络和异构网络互联的问题，设计了适用于无线传感网络的重要联网设备——网关。研究目标是设计一个无线传感网络和以太网互通互联的网关。在深入分析多种网关模型的基础上，提出了一个性能较好的网关的软硬件架构，硬件上使用基于ARM的嵌入式系统，软件上使用基于WindowsCE的嵌入式操作系统。在这个架构的指导下，设计了网关的硬件平台和网关的配套软件。在网关完成了两种网络协议相互理解，数据双向转发的任务。为了测试网关的软硬件性能，搭建了一个完整的无线传感网络，测试了网关的各项性能指标并提出了改进措施。
上传时间： 2013-04-24
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