基于TCP/IP网络连接的嵌入式控制平台的研究

摘要

风能作为一种清洁、高效的可再生能源自20世纪70年代，得到各国政府大力的推广。李树广老师领导的课题小组就是研究基于立式风力发电机组，面向大型风场的解决方案。考虑到风场发电系统对于天气状况有很强的依赖性，通常需要根据上位控制采集的气象信息对整个风场的风力发电机实行控制。各个风力发电机也要向上位控制系统汇报当前的运行状况，因此需要通讯模块来实现上位机对控制器的集散管理。 鉴于控制的复杂性和通讯的需求，在研究过程中采用了基于TCP/IP网络连接的嵌入式控制平台作为风力发电机的控制器。该控制平台可以根据风力发电机各部分控制对于实时性的要求，分配给任务不同的优先级；对于由硬件中断触发的事件有较快的响应；通过信号量来管理设备，使得多个任务同步地访问临界资源，提高资源的利用率。 该平台底层芯片是基于ARM7TDMI架构的AT91M40800芯片，同时具有高性能和低功耗。嵌入式操作系统采用了开放源代码的uC/OS-Ⅱ，它内核小巧紧凑，提供了进程管理和进程间的通讯，适合资源紧张的嵌入式系统，可以通过增加任务来实现系统功能的扩展。通讯协议采用了TCP/IP协议族，下层的物理传输媒质采用了以太网的协议。该协议族的定义可以公开得到，而且TCP/IP协议不依赖于物理层的具体实现，具有很好的扩展性。以太网的传输速度完全可以满足控制设备的通讯需求。 系统实现的过程分为以下几个步骤：TCP/IP协议栈在Dos平台上运行的uC/OS-Ⅱ上的移植；uC/OS-Ⅱ从x86架构移植到ARM7TDMI架构；x86平台下的基于uC/OS-Ⅱ的TCP/IP到评估板的移植。这样可以利用PC平台上调试便利的优势，加快系统的开发进度。 经过测试，上述嵌入式控制平台能够较好的适合工业控制的需要，通过以太网将各个控制节点连接起来，对于解决工业控制中的“信息孤岛”问题有一定的意义。

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摘要

符号说明

一绪论

1.1课题来源

1.2嵌入式系统的发展现状

1.3项目方案比较

1.3.1轮询

1.3.2轮询和中断互补

1.3.3嵌入式系统

二系统结构

2.1硬件平台

2.1.1 ARM7TDMI

2.1.2 EBI

2.1.3 PS

2.1.4 PIO

2.1.5 WD

2.1.6 SF

2.1.7AIC

2.2uC/OS-Ⅱ

2.2.1任务

2.2.2调度

2.2.3进程间通讯

三系统的实现

3.1开发环境简介

3.2 MAC 层的实现

3.2.1配置网卡

3.2.2初始化网络

3.2.3发送和接收

3.3 TCP/IP协议族在x86上的实现

3.3.1 ARP协议

3.3.2 IP协议

3.3.3ICMP协议

3.3.4 UDP协议

3.4从x86移植到ARM7TDMI

3.4.1 uC/OS-Ⅱ的移植

3.4.2 TCP/IP的移植

3.5应用程序设计模式

3.5.1风机

3.5.2逆变器

3.5.3并网控制器

四总结和展望

参考文献

附录

致谢

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