分布式嵌入式系统通信机制研究与应用

摘要

随着通信技术的飞速发展，计算机的应用日益普及，其中最常见的是基于x86CPU和Windows操作系统的PC。但是在某些特定的应用领域，例如网络、无线通信、医疗器械、交通、计算机外设、办公自动化、工业控制、军事、航空航天、多媒体等，要求系统具有高稳定性和实时性，普通的操作系统并不适用。在目前众多厂商推出的实时操作系统(例如VxWorks、pSOS、QNX、javaOS、Hopen等)中，VxWorks是公认的性能出色的一种。作为一种实时操作系统，其最重要的特性之一就是具有丰富的通信机制，包括串口、并口和网络。
　　 在某些应用场合系统中包含多个CPU模块，其中某些模块需要和其他所有模块进行通信，目前市面上现有的工控机PC104不能提供这么多的通信端口，如果同时使用多种通信方式又将加大系统设计的复杂程度。在这种情况下，通过FPGA扩展通信端口是一种比较方便快捷的方法，而在速度较慢的场合，FPGA扩展串口又是最简单实用的方式。使用FPGA扩展串口，不仅可以和标准串口完全兼容，对于使用扩展串口的模块还有另外一个好处，那就是串口接收时FPGA可以将模块间的通信数据进行缓存，待一包数据收齐后通知CPU一次性读取；串口发送时，CPU将要发送的一包数据写入缓存，FPGA读取后按照规定的串口数据格式发出；这样就减少了CPU对于串口数据读写控制的工作量。
　　 本文的主要工作如下：
　　 1.介绍国内外嵌入式系统发展概况、嵌入式系统控制器之间通信的几种方式以及多控制器系统单元间通信的协议概况。
　　 2.分析多控制器系统各控制器之间通信的要求与工控机PC104通信端口数量限制之间的矛盾，提出扩展串口的解决方案。
　　 3.具体阐述扩展串口的实现方法，以及扩展串口实现过程中应注意的几个问题。
　　 4.提出和阐述一种新的多控制器系统单元间通信的专用协议。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1 无线数传通信系统简介

1.2 国内外研究现状

1.2.1 串口通信方式

1.2.2 并口通信方式

1.2.3 网络通信方式

1.3 论文工作及章节安排

第二章 分布式嵌入式系统

2.1 嵌入式系统概述

2.1.1 嵌入式系统的组成

2.1.2 嵌入式系统的应用趋势

2.2 嵌入式运算

2.2.1 使用嵌入式系统的因素

2.2.2 嵌入式系统的设计考虑

2.3 分布式嵌入式系统

2.3.1 具有网络能力的嵌入式系统

2.3.2 因特网能力的嵌入式系统

2.4 无线数传通信系统数传设备的设备组成

2.4.1 中心台和移动台设备硬件平台的设计指导原则

2.4.2 中心台和移动台的硬件平台设计

2.4.3 主要器件的工作性能参数

第三章 扩展串口的设计实现

3.1 PC104简介

3.2 VxWorks简介

3.3 FPGA实现多路扩展串口

3.3.1 串口控制模块

3.3.2 串口数据收发模块

3.4 多路扩展串口的控制

3.4.1 串口缓冲区及其地址定义

3.4.2 扩展串口的读写操作

3.5 实际应用效果

第四章 无线数传通信系统模块间通信协议的设计

4.1 系统内部的数据传输格式

4.1.1 信令帧格式

4.1.2 控制字约定

4.1.3 重传、应答和报警机制

4.2 设计思路和意义

4.3 应用效果

第五章 结束语

5.1 本论文工作总结

5.2 展望和设想

参考文献

致谢