基于CAN总线的消防网络主机系统

摘要

随着城市建筑规模越来越大，建筑结构越来越复杂，这些都直接导致消防网络的规模日趋庞大，并且对消防网络的稳定性、可靠性、可操控性和可监管性提出了更高的要求。目前的消防网络存在通信标准不统一、物理连接方式性能低下等缺点。在这些问题中，消防网络缺少具有网管权限的消防网络主机设备是当前消防网络的一个突出问题。 针对目前消防网络的现状，本文设计了一套以ADSP-BF561处理器为核心的消防网络主机系统，该系统适用于基于CAN总线的环形消防网络，在充当网络中具有最高管理、控制权限的设备的同时，兼有消息显示和声音报警等功能。在设计方面，该消防网络主机系统具有良好的通用性。 首先，本文对消防网络主机系统的功能需求进行分析，确定了该系统的硬件设备需求和软件功能模块构成。在系统设计的基础上，本文主要对软件部分做了详细的论证和设计。通过对uC/OS-II嵌入式实时操作系统和图形用户接口uC/GUI的研究，将其移植到了该以ADSP-BF561为处理器的嵌入式平台上。在此基础上，对本系统的任务规划、存储空间分配、中断等资源的分配做了详细的系统设计，并对主要外设的驱动程序做了研究和设计。 其次，针对消防功能的应用，参照TCP/IP通信模型设计了基于CAN总线的消防网络通信协议栈，它为CAN总线通信协议栈的通用化提供了参考模型。针对网络主机的功能需求，设计了基于NAND Flash的日志存储查询功能模块，它具有系统开销小，存储可靠性高，日志查询效率高等优点。 然后，考虑到消防网络的高可靠性要求，提出了主、从双消防网络主机的概念，并设计了一种机制，当拥有主权限的网络主机发生故障时，从设备的权限晋升为主设备，并获得整个网络的控制权，从而保证整个网络正常运行。 最后，对消防网络主机系统的各项功能以及通信性能、数据包解析性能、NAND Flash的存取性能做了严格的测试，并对数据做了相应分析。 该消防网络主机系统已经应用于实际的项目中，经过长时间的运行没有出现问题。实验数据与系统实际运行都证明，该网络主机的设计达到了预期的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题研究现状

1.3论文主要研究内容和组织结构

1.3.1论文主要内容

1.3.2论文组织结构

第2章网络主机功能及构成分析

2.1消防网络工作原理

2.2消防网络主机系统构成

2.3本章小结

第3章系统硬件架构设计

3.1 DSP处理器ADSP-BF561

3.2 CAN总线控制器MCP2515

3.2.1 CAN总线控制器MCP2515

3.2.2 CAN总线硬件模块的通信能力分析

3.2.3系统中MCP2515的硬件连接

3.3三星NAND Flash存储器K9F1G08U0A

3.3.1 NAND Flash简介及操作

3.3.2系统中NAND Flash的硬件连接

3.4触摸屏控制器TSC2200

3.5 LCD与ADSP-BF561的连接

3.6音频编解码器TLVAIC23B

3.7系统中的其它存储器

3.7.1 SDRAM

3.7.2 NOR Flash

3.8扩展接口RS232

3.9本章小结

第4章系统软件架构设计

4.1系统软件架构设计

4.2嵌入式实时操作系统uC／OS-Ⅱ

4.2.1 uC／OS-Ⅱ简介

4.2.2 uC／OS-Ⅱ在ADSP-BF561处理器上的移植

4.3嵌入式图形引擎

4.3.1 uC／GUI简介

4.3.2 uC／GUI在ADSP-BF561处理器上的移植

4.3.3 LCD的显示刷新机制

4.4基于触摸事件的UI管理机制

4.5系统任务规划和任务通信

4.6系统中断的分配与设计

4.7系统存储空间的规划

4.8系统软件的主函数

4.9主要外设的驱动程序设计

4.9.1 CAN总线控制器MCP2515的驱动程序

4.9.2 NAND Flash驱动程序

4.9.3触摸屏控制器TSC2200的驱动程序

4.10本章小结

第5章CAN总线消防网络通信协议栈的设计和实现

5.1协议栈总体设计

5.2物理层和数据链路层

5.2.1物理层

5.2.2数据链路层

5.3网络层

5.4传输层

5.5应用层

5.6本章小结

第6章系统主要软件功能模块设计

6.1基于NAND Flash的日志存储与查询功能模块

6.1.1日志信息的编码格式

6.1.2存储空间的分配方式

6.1.3日志指针索引的设计

6.1.4日志数据的替换策略

6.1.5日志的查询

6.1.6日志存储查询功能的实现

6.2网络设备信息表的串口下载和加载功能模块

6.2.1下载文件格式设计

6.2.2用于下载的RS232接口通信协议

6.2.3下位机的数据下载和加载软件设计

6.3主、从设备协调工作的设计与实现

6.3.1主、从两台设备的连接方式选择

6.3.2主、从设备之间的交互命令

6.3.3从设备的工作模式切换

6.4本章小结

第7章系统测试

7.1消防网络主机系统功能测试

7.2消防网络主机数据处理性能测试

7.3 NAND Flash存储性能测试

7.4本章小结

总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢