基于ARM9 DCS主机冗余系统的设计和实现

摘要

随着一些新的控制器，如以ARM系列控制器为代表的RISC控制器的出现，使得DCS控制系统的架构设计有了更多的选择，新架构的DCS控制系统具有更高的稳定性和更高的性价比。 本文首先概述了冗余、容错技术国内外的研究现状，并给出其存在的问题；然后介绍集散控制系统(DCS)与ARM9处理器；在阐述冗余、容错基本概念和可靠性评估技术的基础上，根据冗余系统设计的原则，提出本冗余系统设计方案；最后，以实现冗余的关键技术(主备切换、心跳检测、数据同步、故障检测等)为着手点构建DCS主机冗余系统，分别从硬件和软件两个方面进行了设计。 在设计主、备机之间的故障检测电路设计时，本文创新性的提出采用AT91RM9200的GPIO实现“心跳”信号的发送与监测，为以后进行故障检测电路设计提供了一种可参考的方法；选取Linux作为嵌入式操作系统，降低了开发成本，为应用程序的开发提供了很好的软件平台；采用Modbus串行通信协议，实现了主、备机之间的数据同步，同时也保证了同步信息快速、无误地传输。 本文对该冗余系统进行了多次实验测试，结果表明，系统的冗余设计能较大程度地提高DCS的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景与来源

1.2国内外动态

1.2.1理论研究状况

1.2.2应用研究状况

1.3研究内容与创新点

1.3.1研究内容

1.3.2课题的创新点

1.4课题意义

1.5论文组织

第二章DCS与ARM9概述

2.1 DCS概述

2.1.1 DCS的结构与特点

2.1.2 DCS主机的基本原理

2.1.3 DCS控制数据类型

2.2 ARM微处理器

2.2.1 ARM技术

2.2.2 ARM9处理器

2.2.3 AT91RM9200简介

第三章冗余技术和冗余系统设计

3.1冗余技术

3.1.1硬件冗余

3.1.2软件冗余

3.1.3信息冗余

3.1.4时间冗余

3.2冗余系统的可靠性

3.2.1冗余系统的可靠性评估指标

3.2.2评估指标之间的关系

3.3冗余系统设计

3.3.1冗余系统设计原则

3.3.2冗余方案的确定

第四章系统硬件设计

4.1硬件总体结构

4.2 CPU核心板选择

4.3串口电路设计

4.3.1 DEBUG串口电路图

4.3.2数据同步通道设计

4.4心跳、电平检测电路

4.5 FLASH存储器扩展

4.5.1 NAND与NOR

4.5.2 NAND FLASH电路设计

4.6 JTAG接口电路

4.7复位电路设计

4.8以太网接口设计

第五章嵌入式Linux平台的构建

5.1嵌入式Linux操作系统

5.1.1 Linux系统的特点

5.1.2 Linux应用于嵌入式系统的关键问题

5.1.3 ARM Linux简介

5.2嵌入式Linux开发环境

5.2.1宿主机环境搭建

5.2.2配置系统服务

5.3 Linux系统移植

5.3.1引导装载程序

5.3.2 Linux 2.6内核编译

5.3.3嵌入式Linux文件系统

5.4设备驱动程序

5.4.1驱动程序分类

5.4.2设备驱动程序的组成

5.4.3驱动程序的使用

5.5 MCP2510驱动程序的设计

5.5.1 CAN模块电路组成

5.5.2驱动程序实现

第六章系统软件实现

6.1软件总体设计

6.2系统初始化模块

6.2.1 CPU初始化模块

6.2.2 Linux内核引导模块

6.2.3 Linux内核运行

6.3主、备角色确定模块

6.4同步模块

6.4.1同步技术

6.4.2 Modbus通信技术

6.4.3串口通信任务

6.4.4数据的同步

6.5故障检测模块

6.5.1故障检测原理

6.5.2故障检测流程

6.6主、备切换模块

6.6.1切换流程

6.6.2切换测试

第七章结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文