便携式EPA协议分析仪的研究与开发

摘要

工业自动化领域的控制网络技术从上个世纪70年代开始，经历了集散控制系统和现场总线控制系统，现在逐渐向工业以太网方向发展。随着以太网技术的迅速发展与工业控制系统“E网到底”的需要，将以太网应用于工业控制中已是一个必然的趋势。在这种背景下，重庆邮电大学作为核心成员制定的新一代现场总线标准--《用于工业测量与控制系统的EPA通信标准》成为我国第一个拥有自主知识产权并被IEC采纳的工业自动化领域国际标准。
　　 目前，对工业以太网协议进行分析的方式主要有两种：在功能强大的PC上开发复杂的分析与测试系统、开发专用的便携式分析与测试设备。前者功能强大，但不方便携带，不利于现场测试且稳定性差；后者具有大多数嵌入式系统的优点如工作稳定、方便携带，但是对EPA协议不支持，且价格昂贵。
　　 论文在现有技术优缺点的基础上，综合考虑稳定性、便携性、人机交互性及集成度等因素，研究开发了便携式EPA协议分析仪。该仪器使用功能强大的ARM9(S3C2410)作为微处理器，使用嵌入式Linux为操作系统，以MiniGUI为图形界面引擎，设计并实现了EPA协议分析相关的功能模块，达到了设计要求。
　　 在对EPA标准及其通信特点的深入理解和分析的基础上，论文介绍了EPA系列标准和规范，提出了便携式EPA协议分析与现场测试仪的需求；按照所分析的需求，从软、硬件两个方面进行了总体设计。按照总体设计的方案，论文首先介绍了构建底层开发平台的一些关键技术如：嵌入式系统开发、驱动程序设计及Flash文件系统等；在此基础上，论文详细阐述了应用层功能模块的设计，重点介绍了EPA协议分析相关功能模块的设计与实现。
　　 本便携式仪器分析测试了中国四联、浙大中控等单位开发的EPA设备，测试结果验证了便携式EPA协议分析与现场测试仪的可行性和正确性。最后在总结论文工

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 工业以太网

1.1.1 概述

1.1.2 工业以太网的发展现状

1.1.3 工业以太网的发展趋势

1.1.4 工业实时以太网协议EPA

1.2 EPA协议分析技术

1.3 便携式EPA协议分析仪

1.4 本文研究内容

1.5 本章小结

第二章 EPA系列标准和规范

2.1 概述

2.1.1 EPA通信协议

2.1.2 EPA协议一致性测试规范

2.1.3 EPA协议互可操作测试规范

2.1.4 EPA通信性能测试规范

2.1.5 EPA功能块规范

2.2 EPA系统结构与通信规范

2.2.1 EPA系统结构

2.2.2 EPA系统模型

2.2.3 EPA网络拓扑结构

2.2.4 EPA设备模型

2.2.5 EPA通信模型

2.3 本章小结

第三章 系统设计及关键技术

3.1 需求分析与总体设计

3.1.1 硬件设计方案

3.1.2 软件设计方案

3.2 嵌入式系统开发及其关键技术

3.2.1 嵌入式Linux系统简介

3.2.2 Bootloader

3.2.3 交叉编译

3.2.4 操作系统内核裁剪与定制

3.2.5 图形界面引擎

3.3 驱动程序设计

3.3.1 输入部分

3.3.2 输出部分

3.3.3 触摸屏的线性校正

3.3.4 测试

3.4 Flash文件系统

3.4.1 Flash存储器的特点

3.4.2 JFFS2

3.4.3 测试

3.5 本章小结

第四章 功能模块设计与实现

4.1 仪器设置程序

4.1.1 MiniGUI-Lite服务器

4.1.2 网络配置程序

4.1.3 记录上传

4.2 功能模块设计与实现

4.2.1 EPA网络状况统计

4.2.2 EPA网络设备分析

4.2.3 对EPA服务的测试

4.2.4 时间同步性能分析

4.2.5 EPA设备确定性通信分析

4.2.6 EPA网络现场测试

4.3 本章小结

第五章 应用案例

5.1 测试环境和测试流程

5.2 测试结果与应用前景

第六章 结论和下一步的工作

6.1 研究总结

6.2 下一步的工作

致谢

参考文献

附录