面向工业应用的嵌入式无线通信网络的实时性开发研究

摘要

在工业现场环境下将无线通信技术与Internet结合，为测控系统提供实时、可靠的远程数据传输服务，最为关键的问题是对TCP/IP协议进行实时性改进以及针对工业无线信道特征设计出满足工业数据传输要求的无线通信协议—工业实时无线通信协议。本文工作就是针对TCP/IP协议的改进和工业实时无线通信协议设计的问题展开的。 首先，设计了工业无线测控系统的硬&软件开发平台。对系统的主要硬件组成进行了介绍，并对嵌入式实时操作系统RT-Linux向该系统的移植进行了详细描述。总结了基于该平台的应用开发模式。 其次，通过分析传统TCP/IP协议在实时性方面的不足，针对工业测控系统中数据收发频繁，数据简短以及实时性等数据传输特点，在层间数据传递的方式上采用一次拷贝技术和紧急数据预留缓冲：通过改进对定时器队列的管理，在差错控制方面采用减小重传延时来提高数据传输的实时性能。 最后，在对工业无线信道模型和工业信号的实时性要求进行分析的基础上，提出了设计无线数传模块所要采用的基本MAC机制—主/从Polling算法。同时提出了符合无线信道差错特性的差错控制策略，即并行性延时等待ARQ算法。本文给出了实时无线数传模块的详细设计方案，并在设计无线数传模块MAC协议时，给出了上述算法的具体实现。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1嵌入式Internet与无线通信技术

1.1.1将嵌入式设备接入Internet的意义

1.1.2嵌入式Internet技术需解决的问题

1.1.3嵌入式无线通信技术在工业测控网络中的发展

1.1.4嵌入式无线通信网络用应于工业测控网络的关键问题

1.2嵌入式实时操作系统对于嵌入式开发的重要性

1.3嵌入式Linux在网络测控中的意义

1.4论文内容结构

第二章嵌入式实时Linux操作系统

2.1 Linux在实时应用中的不足之处

2.2实时Linux的实现策略

2.2.1 KURT

2.2.2 RED-Linux

2.2.3 RR-Linux

2.2.4 RTAI

2.3 RT-Linux

2.3.1 RT-Linux的实现机理

2.4本章小结

第三章基于RT-Linux的实时无线通信平台设计

3.1硬件平台设计

3.1.1无线通信平台硬件系统架构

3.1.2嵌入式系统的微处理器-S3C4510B

3.1.3 RTL8201网络芯片

3.1.4无线数据传输模块

3.2移植RT-Linux到目标平台

3.2.1 RT-Linux启动的过程

3.2.2编写和修改硬件相关文件

3.2.3编译生成RT-Linux内核

3.2.4修改启动脚本

3.3本章小结

第四章嵌入式Linux开发模式与驱动程序开发

4.1应用程序的开发调试

4.1.1宿主机配置

4.1.2应用软件开发模式

4.1.3 makefile的编写

4.2基于RT-Linux开发的步骤和要点

4.3 驱动程序添加

4.3.1 RT-Linux驱动开发分析

4.3.2驱动程序开发实例

4.4本章小结

第五章嵌入式TCP/IP性能分析与实时性改进

5.1嵌入式TCP/IP概述

5.2嵌入式TCP/IP网络系统结构

5.3设计时的一些技术考虑

5.4 TCP协议实现模型

5.4.1功能概述

5.5 TCP/IP协议详细设计

5.5.1概述

5.5.2主要数据结构

5.5.3函数详细设计

5.6 TCP协议性能测试

5.6.1测试环境

5.6.2测试方法及步骤

5.6.3测试小结

5.7本章小结

第六章无线通信协议实时性分析和模块设计

6.1工业无线控制网的实时通信协议的选择

6.2基于无线实时通信模块的工业无线网络

6.2.1 工业无线网络的主站轮询机制和站点基本工作流程

6.2.2实时无线数传模块原型

6.3功能接口模块及LLC的实现

6.4扩频通信模块及PHY的实现

6.5通信协议处理模块和MAC协议实现

6.5.1 MAC帧定义

6.5.2差错控制

6.5.3基于POLLING的MAC机制的算法实现

6.6主从无线数传模块的系统工作流程

6.7本章小结

第七章结束语

致 谢

参考文献