以太网测控系统及嵌入式智能节点的研究与实现

摘要

本文首先阐述了工业以太网的发展现状，并从工业控制网络的特点出发提出了以太网作为工控网的可行性及其优势。分析了以太网的的实时性能，并结合当前的以太网新技术如：全双工交换式以太网、虚拟局域网(VLAN)、质量服务(QoS)和IPv6等提出了改进以太网实时能力的方法。
　　嵌入式智能节点是以太网测控系统中的关键部件，它的智能化水平对控制网络的体系结构有很大的影响。嵌入式智能节点将传感器、信号处理、控制功能、以太网接口、TCP/IP协议、嵌入式实时操作系统（RTOS）以及小型Web Server等软、硬件全部封装在一起，工业设备通过与该嵌入式智能节点相连，就能方便地接入Internet。工作人员或远程授权用户通过通用浏览器如IE、Navigator等，就可观察到设备的运行状态并施行控制。
　　嵌入式智能节点与TCP/IP协议栈的结合是嵌入式系统接入网络的基础。μC/OS-II嵌入式实时操作系统具有开放源代码，简单高效，实时性好等优点，广泛应用于嵌入式系统中。LwIP是一个比较完备的嵌入式TCP/IP协议栈，具有源代码开放，易移植的优点。本文分析了嵌入式智能节点的硬件系统构成，并以ARM处理器LPC2210为硬件平台，对实时内核μC/OS-II进行了详细的分析。在对广泛应用于嵌入式系统的嵌入式TCP/IP协议栈-LwIP分析的基础上，把LwIP移植到了μC/OS-II，使它成为μC/OS-II的网络服务模块。
　　论文以μC/OS-II为操作系统，利用TCP/IP协议栈-LwIP和应用层协议HTTP，完成了嵌入式智能节点中Web Server模块的设计。并将其用到了油田集输站中，在使用中,该嵌入式智能节点能正确接收从客户端发来的信息并能够成功返回客户端要求的网页信息。

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Contents

1绪论

1.1引言

1.2本文主要研究内容及结构

2以太网测控系统体系结构

2.1 工业以太网发展现状

2.2以太网测控系统的功能

2.3 以太网作为工控网的可行性及其优势

2.4基于以太网的工控网体系结构特点及实现要点

2.5工业以太网测控系统体系结构分析

2.6本章小结

3 以太网实时性分析

3.1以太网介质接入控制方法

3.2以太网端到端的通信延迟分析

3.3改善实时能力的方法

3.4 本章小结

4 嵌入式操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈研究

4.1嵌入式操作系统的选择

4.2嵌入式操作系统μC/OS-II

4.3 μC/OS-II上TCP/IP协议栈的实现

4.4 本章小结

5 嵌入式智能节点的硬件设计

5.1引言

5.2嵌入式智能节点的硬件系统构成

5.3本章小结

6嵌入式智能节点的实现

6.1 嵌入式Web服务器的软件结构

6.2 LwIP的移植

6.3网络设备驱动程序的实现

6.4 HTTP协议

6.5嵌入式网关接口EGI

6.6嵌入式Web服务器的实现

6.7本章小结

7嵌入式智能节点在油田集输站中的应用

7.1引言

7.2系统结构

7.3现场应用情况

7.4本章小结

8结论

参考文献

致谢