基于嵌入式Linux的手持式EPA测试仪的开发

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。在这种背景下，为实现我国自动化软硬件技术的跨越式发展，我们参与了新一代工业数据现场通信技术的研制和国家标准《用于工业测量与控制系统的 EPA 系统结构和通信规范》的起草，已被 IEC 采纳作为其 PAS (Publicly Available Specification，公共可用规范)文件发布，以此为基础，形成了 EPA 系列标准和规范。针对这些规范，我们做了大量的工作，基本实现了这些标准所规定的内容，EPA 协议测试方面的工作也在逐步完善之中。 本文在对 EPA 标准及其通信特点深入理解和分析的前提下，实现了可移植的EPA 协议栈，包括 EPA 应用层服务、精确时间同步、链路层确定性调度等关键技术，该协议栈可以很好的工作在 80C51 系列、ARM 系列单片机上。同时，针对 EPA 协议栈的内容，我们提出了 EPA 通信协议测试的原理和内容，相应的，EPA 通信协议测试就分为对 EPA 服务的测试、时间同步测试和确定性调度测试等，对不同的测试项目实现与之相应的测试方案。 出于实际测试的需要，我们开发了基于嵌入式 Linux 的手持式 EPA 测试仪，该测试仪集成了网络报文捕获和分析双重功能，并以此为核心构建了 EPA 通信协议测试系统。利用该系统我们测试了重庆四联、浙江中控等单位开发的 EPA 设备，测试结果表明该系统完全符合 EPA 标准规定的要求。EPA 测试仪便于携带，软件界面友好、操作简单、功能强大、扩展性好，具有很高的实际应用价值和广阔的发展空间，将会在很大程度上推动EPA的发展。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1控制网络技术

1.1.1集散控制系统DCS

1.1.2现场总线控制系统FCS

1.1.3工业以太网总线控制系统ICS

1.2工业以太网的发展现状和趋势

1.2.1工业以太网的发展现状

1.2.2工业以太网的发展趋势

1.2.3工业实时以太网协议EPA

1.3 EPA通信协议测试技术

1.3.1 EPA服务测试

1.3.2时间同步测试

1.3.3确定性调度测试

1.3.4其他测试内容

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

2.2 EPA系统结构与通信规范

2.2.1 EPA系统结构

2.2.2 EPA网络拓扑结构

2.2.3 EPA系统模型

2.2.4 EPA通信模型

2.3 EPA通信协议测试规范

2.3.1 EPA通信协议测试的原理

2.3.2 EPA通信协议测试的内容

2.4本章小结

第三章EPA协议栈的设计与实现

3.1概述

3.2 EPA应用层通信协议栈

3.2.1 EPA应用层的功能需求分析

3.2.2 EPA套接字映射实体的实现

3.2.3 EPA应用层服务的实现

3.2.4 EPA管理信息库的实现

3.3精确时间同步协议PTP

3.3.1 PTP网络拓扑结构

3.3.2 PTP同步原理

3.3.3 PTP同步的实现

3.4链路层确定性调度方法

3.4.1 EPA确定性调度原理

3.4.2通信调度实体状态转换

3.4.3确定性调度的实现

3.5本章小结

第四章手持式EPA测试仪的设计与实现

4.1需求分析与总体设计

4.1.1硬件设计方案

4.1.2软件设计方案

4.2对EPA服务的测试

4.2.1 EPA服务测试的原理

4.2.2 EPA服务测试的实现

4.3时间同步测试

4.3.1时间同步测试的原理

4.3.2时间同步测试的实现

4.4确定性调度测试

4.4.1确定性调度测试的原理

4.4.2确定性调度测试的实现

4.5其他测试

4.6本章小结

第五章EPA测试仪的应用案例

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