优秀研究生学位论文题录展示

实时宽带现场网络技术研究

专 业: 计算机应用技术
关键词: 分布式实时系统 实时通信 现场总线控制系统 以太网 体系结构 实时控制协议
分类号: TP301
形 态: 共 167 页 约 109,385 个字 约 5.232 M内容
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内容摘要


论文首先对分布式实时计算机系统进行了详细的论述,分析了分布式实时系统的结构、特点和时间限制要求,认为网络传输的实时性和可靠性是满足端到端时间限制的关键。

进一步深入研究了分布式实时系统的通信架构和实时通信局域网的基本实现技术。

紧接着分析了实时容错技术的实现途径、工作方式和要求,讨论了实时调度的基本原理和研究状况,详细介绍了实时操作系统的功能和结构,理清了研究和建立分布式实时系统以及实时通信系统的思路。

在上述基础上,研究了现场总线控制系统及其对现场级控制网络的要求,分析了已有现场总线的局限性,以及使用以太网作为现场总线构建新一代FCS的必要性。

同时,指出实时性和可靠性是以太网进入现场总线领域面临的最关键问题,继而研究了各种改善以太网实时性的方法,然后围绕以下四个主要问题进行了重点研究:1.现场级以太网的体系结构研究:

在分析FCS的系统结构和要求的基础上,该文提出了一种基于以太网技术的现场控制网络的体系结构ARTCA。

2.现场级以太网的可靠性保障技术:

该文分析了高可靠现场控制网络应选择的网络结构,以及冗余容错网络的设计目标、原则和系统模型,在此基础上提出了适合ARTCA体系的冗余网络结构。

3.现场网络的实时调度机制研究:

在对单处理器实时任务调度算法的研究基础上,针对现场控制网络的应用需求和通信特点,该文提出了一种可用于调度网络消息传输的硬实时调度方法,并实现了一个调度表生成器原型,进而提出了基于该原型的在线调度策略,以满足FCS应用系统通信业务动态变化的需要。

4。

基于上述研究,实现了一种基于以太网的硬实时宽带现场网络试验原型ARTCS。

该原型具有完整的结构和功能,支持以太网上的硬实时通信和管理,可自动生成总线调度表,并提供多种可选的可靠性保障措施。

通过对该原型的详细测试和分析,证明了该文提出的实时宽带现场级网络通信技术的实用性和合理性……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1研究的背景和意义
1.2计算机控制系统的特点
1.3现场总线技术的发展现状和趋势
1.3.1现场总线的发展现状
1.3.2现场总线的局限性和发展趋势
1.4以太网进入现场总线技术领域
1.4.1以太网技术的优势
1.4.2需要解决的问题
1.5研究现状
1.5.1设备的改进与研制
1.5.2应用模型及研究进展
1.6本文主要工作
1.7本文章节安排
第二章 分布式实时系统
2.1引言
2.2分布式实时系统
2.2.1概述
2.2.2一个简单的分布式实时系统
2.2.3分布式实时系统的特点
2.2.4分布式实时系统的体系结构
2.2.5分布式实时系统面临的问题和挑战
2.3分布式实时系统的时间限制
2.3.1实时任务
2.3.2分布式实时系统任务触发方式
2.3.3分布式实时系统端到端的时间限制
2.4实时通信
2.4.1分布式实时系统中的通信架构
2.4.2局域网中的硬实时通信
2.5实时调度
2.5.1实时调度分类
2.5.2实时任务调度算法研究状况
2.6实时容错
2.6.1冗余技术分类
2.6.2实时局域网容错技术
2.7分布式实时操作系统
2.7.1分布式实时操作系统架构
2.7.2实时操作系统内核
2.7.3典型的实时操作系统
2.8本章小结
第三章 现场总线与以太网
3.1引言
3.2现场总线控制系统与现场总线
3.2.1现场总线控制系统的要求
3.2.2现场总线的特点
3.3典型现场总线的实时性和可靠性分析
3.3.1 CAN总线
3.3.2 Profibus
3.3.3基金会现场总线
3.3.4主要现场总线比较与分析
3.4以太网作为现场总线
3.4.1现场级以太网需要解决的关键技术
3.4.2现场级以太网的衡量指标
3.5交换式以太网作为现场总线
3.5.1交换式以太网的解决措施
3.5.2交换式以太网在实际应用中的不足
3.6改善以太网实时性的其它方法
3.6.1冲突避免的方法
3.6.2冲突解决的方法
3.6.3用作现场总线存在的问题
3.7本章小结
第四章 现场级以太网的体系结构及其机制研究
4.1引言
4.2以太网作为现场控制网络的系统结构
4.2.1传统FCS的系统结构
4.2.2以太网作为现场总线的FCS系统结构
4.3现场级以太网的协议架构
4.3.1网络体系结构分析
4.3.2 OSI参考模型与现场总线通信模型
4.3.3现场级以太网的通用协议架构
4.4现场级以太网的实时通信机制
4.4.1实时控制层协议描述
4.4.2管理及可靠性支持
4.5现场级以太网的应用层功能描述
4.6现场级以太网的用户层功能描述
4.7现场级以太网的管理功能描述
4.7.1网络管理
4.7.2系统管理
4.8传统现场设备与以太网的适配技术
4.8.1适配器的结构设计
4.8.2适配器信号转换处理
4.8.3适配器的测试
4.9本章小结
第五章 现场控制网络的可靠性保障技术研究
5.1引言
5.2现场控制网络可靠性分析
5.2.1可靠性的基本概念
5.2.2三种现场控制网络的可靠性分析
5.3高可靠现场控制网络的设计要求
5.3.1高可靠现场控制网络的设计目标
5.3.2高可靠现场控制网络的设计原则
5.4高可靠现场控制网络的系统模型
5.4.1高可靠现场控制网络的系统结构
5.4.2高可靠现场控制网络的工作方式
5.4.3高可靠现场控制网络的软件结构
5.5现场级以太网的可靠性保障技术
5.5.1网络结构和工作机制
5.5.2多级故障检测、定位及处理
5.5.3主控站移交及监控站接替
5.5.4网络节点管理及其它故障处理
5.5.5流量控制
5.6嵌入式设备的双冗余网络模块实现技术
5.6.1嵌入式双冗余网卡的结构设计
5.6.2嵌入式双冗余网卡的特点
5.6.3嵌入式双冗余网卡的软件接口
5.7本章小结
第六章 现场网络硬实时通信调度算法研究
6.1引言
6.1.1现场级控制网络的通信特点及调度要求
6.1.2调度算法研究模型
6.2周期任务模型调度算法
6.2.1单调比率Rate Monotonic,RM调度算法
6.2.2最早死线优先Earliest Deadline First,EDF调度算法
6.2.3优先级上限协议Priority Ceiling Protocol,PCP
6.3距离约束任务模型调度算法
6.3.1风车调度Pinwheel Scheduling,PinS技术
6.3.2几种典型的风车调度算法
6.3.3 Sr调度算法
6.3.4 RM、EDF、Sr可调度性比较
6.4非周期任务调度算法
6.4.1 PS调度算法
6.4.2 PE和DS调度算法
6.4.3非周期任务调度算法比较
6.5一种现场级硬实时网络调度方法
6.5.1收集信息建立待调度消息集合
6.5.2可调度性判定
6.5.3生成总线调度表
6.5.4非周期消息执行
6.5.5 HRTCS调度表生成器应用原型
6.6本章小结
第七章 一种高可靠宽带现场级硬实时网络试验原型
7.1引言
7.2 ARTCS原型系统的功能和设计要求
7.3 ARTCS原型系统结构
7.4 ARTCS原型的实现
7.4.1模块间的通信关系
7.4.2节点主程序处理流程
7.4.3通信策略模块
7.4.4 ARTCS原型软件大小
7.5 ARTCS原型接口
7.5.1 API编程接口
7.5.2用户配置
7.5.3 MS人机监控界面
7.5.4 BT人机监控界面
7.5.5 Moni人机监控界面
7.6测试与分析
7.6.1测试环境
7.6.2消息传输性能测试与分析
7.6.3可靠性保障功能测试
7.6.4其它功能测试
7.6.5用作现场总线构造FCS的可行性
7.7本章小结
第八章 全文总结
参考文献
附录A信号转换适配器电路板实物图
附录B基于PC/104的嵌入式双冗余网卡实物图

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