基于VxWorks操作系统的POWERLINK研究与实现

摘要

近十年来，随着互联网技术的飞速发展，以太网成为商业通信中的主导网络技术。以太网的通信速率要比目前任何工业现场总线高很多，100Mbps甚至1Gbps以太网已广泛应用，而传统的现场总线最高速率只有12Mbps。人们期望以太网也能应用到工控领域中，凭着它的低成本、极高的通信速率、全球普及的标准，逐渐取代现有工控行业中繁多的总线系统。
　　但对于工业控制来说，实时性、确定性比传输速率更重要。为了解决标准以太网通信过程中的实时性问题，很多厂家推出了自己的解决方案。目前，实时工业以太网的种类繁多，技术上可大致分为四类:以太网与TCP/IP相结合的方式;直接修改以太网MAC层的方式;数据链路层添加实时调度层的方式;基于优化处理的旁路通道方式和基于同步时钟协议的方式。
　　本文在比较现有流行的实时以太网解决方案后，选择开放性较好、可靠性较高、拓扑结构灵活、成本低廉的POWERLINK实时以太网作为研究对象，从分析其工作原理入手，研究openPOWERNLINK协议栈与VxWorks网络协议栈原理及接口，结合PowerPC硬件，修改了openPOWERLINK时钟驱动模块、并将openPOWERLNK协议通过MUX接口与VxWorks操作系统进行绑定，完成了实时以太网协议栈移植工作。最后基于PowerPC硬件，对实时以太网协议栈的实际功能、性能进行了测试，着重进行了最小通信周期测试、最大数据负载测试、多主通信测试及多主切换时间等测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 实时工业以太网的研究现状

1．1．1 标准以太网的局限性

1．1．2 实时工业以太网技术

1．1．3 POWERLINK的研究现状

1．2 课题的研究目的及意义

1．3 主要内容和结构安排

第2章 POWERLINK的基本理论

2．1 引言

2．2 POWERLINK通信模型

2．2．1 物理层

2．2．2 数据链路层

2．2．3 应用层

2．3 POWERLINK工作原理

2．3．1 通信周期

2．3．2 简化周期

2．3．3 通信方式

2．3．4 同步机制

2．3．5 数据帧结构

2．4 POWERLINK性能

2．4．1 网络拓扑

2．4．2 热插拔

2．4．4 冗余机制

2．5 本章小结

第3章 POWERLINK在VxWorks下的设计及实现

3．1 引言

3．2 openPOWERLINK在VxWorks下的总体设计思想

3．3 openPOWERLINK在VxWorks下的实现

3．3．1 openPOWERLINK启动流程

3．3．2 定时器初始化

3．3．3 中断间隔设置

3．3．4 获取当前时间

3．3．5 定时器数据结构的设计

3．3．6 中断服务程序的设计

3．3．7 共享缓存的设计

3．3．8 协议栈的绑定

3．4 openPOWERLINK的设置

3．4．1 对象字典的结构

3．4．2 对象字典的参数设置

3．4．3 传输参数的访问

3．4．4 多主通信的实现及配置

3．5 本章小结

第4章 POWERLINK性能测试

4．1 引言

4．2 诊断工具WireShark

4．2．1 数据分析功能

4．2．2 数据过滤功能

4．3 POWERLINK基本性能测试

4．3．1 启动状态监控

4．3．2 节点功能

4．3．3 最大传输数据量

4．3．4 从站最小通信时间

4．3．5 循环周期

4．3．6 最小通信周期

4．3．7 网络节点配置

4．3．8 传输外部数据

4．3．9 交叉通信

4．3．10 热插拔

4．4 多主通信性能测试

4．4．1 多个主站的启动顺序

4．4．2 AMN与SMN的状态切换

4．4．3 AMN与SMN的状态切换时间

4．4．4 多主网络中的数据传输

4．5 出现的问题及解决方案

4．5．1 MAC地址设置

4．5．2 协议栈通信错误

4．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和科研项目