EtherNet/IP通信适配器的软件设计与实现

摘要

本文以上海捷准工业自动化公司委托开发的“EtherNet/IP通信适配器开发”项目为背景，设计并实现一种基于EtherNet/IP工业以太网的通信适配器，该通信适配器作为EtherNet/IP控制网络与其他技术之间的一个网关，可将工业控制设备集成到EtherNet/IP工业以太网中，提高控制系统的灵活性和兼容性。 工业以太网技术和嵌入式技术都是当前应用研究的热点。本文在分析EtherNet/IP工业以太网技术和嵌入式系统发展的基础上，提出了一种工业以太网设备开发方案。该方案既满足了运行网络协议的功能要求，又适应了嵌入式系统采用32位微处理器及嵌入式操作系统的发展趋势，满足Ethernet/IP通信处理器对通信实时性、可靠性的近乎苛刻要求。 本文构建了以S3C2410 ARM9为核心的EtherNet/IP通信适配器的硬件系统，设计开发了该通信适配器的Boot Loader、I/O接口驱动程序等底层软件，成功移植Windows CE．NET嵌入式操作系统到该EtherNet/IP通信适配器的硬件平台。Boot Loader与硬件高度相关，担负着初始化系统硬件和引导操作系统的双重任务，是操作系统和硬件之间的联结纽带：而I/O接口驱动程序使操作系统自动识别外围数据采集设备，并为应用程序对底层设备的操控提供服务。 此外，本文在EADK(EtherNet/IP Adapter Developers Kit)软件协议栈的基础上编写了该EtherNet/IP通信适配器的应用程序，在应用层实现了CIP(控制与信息协议)，保证网络上实时I/O数据和显式信息的有效传输，进行正确的控制；借助EIPScan软件、EDITT软件、ControlLogix PLC和PCU—ETHIOEtherNet/IP扫描器等工具对该通EtherNet/IP信适配器进行了完整的通信测试，结果表明该Ethernet/IP通信适配器在数据传输的实时性、稳定性、可靠性等方面有良好的性能。

目录

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声明

第一章绪论

1.1工业以太网是控制网络发展的方向

1.2 Ethernet应用于工业现场的关键技术

1.2.1通信确定性与实时性

1.2.2稳定性与可靠性

1.2.3安全性

1.2.4总线供电问题

1.3主要的工业以太网解决方案

1.3.1 HSE

1.3.2 Profinet

1.3.3 Modbus/TCP

1.3.4 EtherNet/IP

1.4本文的主要工作以及研究的内容

第二章EtherNet/IP协议简介

2.1 EtherNet/IP协议体系结构

2.2 EtherNet/IP的物理层与数据链路层

2.3网络层和传输层使用标准的TCP/IP

2.4应用层协议CIP——控制与信息协议

2.5 EtherNet/IP的优势

第三章CIP协议规范

3.1 CIP的对象模型(Object Model)

3.1.1 CIP对象分类

3.1.2基于对象的CIP对象模型

3.2 CIP连接和报文协议

3.3设备描述

3.4电子数据文档EDS

第四章EtherNet/IP通信适配器的硬件结构与底层软件

4.1通信适配器的硬件结构

4.2基于Windows CE的Boot Loader程序

4.2.1 Boot Loader启动代码

4.2.2 Boot Loader的主代码

4.3 I/O接口驱动程序的设计与实现

4.3.1流接口驱动模型

4.3.2驱动程序的中断处理

4.3.3驱动程序的设计与实现

第五章EtherNet/IP通信适配器的应用软件开发

5.1 EADK简介

5.2应用程序与EADK之间、EADK各组件间的联系

5.2.1 UCMM Server

5.2.2 UCMM Client

5.2.3 CIP连接的建立

5.2.4 Class 3 server

5.2.5 Class 1(I/O)Data

5.3基于CIP对象的软件实现

5.3.1通信适配器的实现要求

5.3.2应用软件的整体架构

5.3.3程序的编写

5.4 EDS文件的编写

第六章EtherNet/IP通信适配器的验证测试

6.1使用EIPScan和EDITT进行测试

6.2与ControILogix之间的通信测试

6.3 Woodhead scanner的完整测试

总结与展望

参考文献

作者硕士期间发表的论文

附录一

致谢