基于变电站综合自动化的嵌入式通信控制器的设计研究

摘要

本课题的任务是设计并实现基于变电站综合自动化的通信控制器。作为Internet 和现场总线网络数据传输交换的媒介，该通信控制器不仅仅是转发器，同时还要有多种网络服务和安全防护功能，具有一定的通用性。主要应用了“嵌入式Internet技术”、“Linux 内核裁减”、“应用系统到 ARM 平台的移植”、“嵌入式 Web 服务器”、“网络信息安全”等领域的知识。 本文首先介绍了嵌入式 Internet(EI)技术的发展现状和趋势，然后对工业以太网技术和变电站综合自动化领域的现场总线技术进行了简单的分析和概述，并探讨了通信控制器的发展和应用趋势。 系统整体设计中，硬件处理器采用了三星公司的 S3C2410A，操作系统引入了 2.4.20 内核的 Linux，应用软件的开发基于Linux内部完整的TCP/IP协议集和Socket网络编程。核心应用软件是嵌入式Web服务器(EWS)，论文从资源分配、进程调度、动态页面CGI技术和网络安全等关键技术入手进行设计。 采用CAN控制器SJA1000进行了CAN总线模块的设计，并基于Linux设计了CAN驱动程序。在制定CAN应用层通信规约时，兼顾了系统的扩展性和通用性。

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华东交通大学硕士学位论文任务书

第一章绪论

1.1引言

1.2 EI技术及其工业应用

1.2.1上位机+专用网模型

1.2.2低档MCU+精简TCP/IP协议栈模型

1.2.3高档MCU+EOS模型

1.2.4 EI发展趋势及应用领域

1.3工业以太网技术

1.3.1以太网简介

1.3.2以太网的优点

1.4变电站综合自动化领域现场总线技术

1.5课题的背景及其意义

1.6论文的主要工作及结构安排

第二章嵌入式通信控制器系统整体设计

2.1 CAN总线标准的选取

2.2系统整体框架

2.3系统软硬件设计方案

2.3.1基于Net-ARM的硬件结构

2.3.2基于Linux的软件结构

2.3.3 CAN总线模块及通信协议

第三章嵌入式通信控制器系统硬件结构设计

3.1主控模块硬件结构概述

3.2主控模块芯片组成及接口

3.2.1网络专用ARM微处理器S3C2410A

3.2.2存储系统及接口

3.2.3以太网接口

3.3 CAN模块芯片组成及接口

3.3.1CAN控制器SJA1000介绍

3.3.2 CAN模块接口电路设计

第四章Linux操作系统及开发环境的构建

4.1嵌入式Linux操作系统简介

4.2 Linux操作系统在ARM处理器上的移植

4.3系统开发环境的构建

4.3.1 GNU(GNU's Not Unix)开发工具

4.3.2宿主机开发环境和应用程序开发模式

第五章嵌入式Web服务器的设计

5.1嵌入式Web服务器整体设计方案

5.2服务器核心模块的实现

5.3 CGI模块的实现

5.4客户端监控界面的设计

5.5服务器安全方案的设计与实现

5.4.1嵌入式Internet安全概述

5.5.2系统安全需求分析和方案选择

5.6系统安全方案的实现

5.6.1 HTTP摘要认证的实现

5.6.2 SSL安全套接层的实现

第六章CAN总线驱动模块程序设计

6.1 CAN总线设备驱动程序编写

6.2 CAN应用层协议的定义

6.3 IEC60870-5-104协议的分析

6.3.1 IEC60870-5-104协议特点

6.3.2 IEC60870-5-104协议的实施过程

6.4协议转换模块的实现

第七章总结与结论

7.1主要工作回顾

7.2本课题今后需要进一步研究的地方

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文