EtherCAT/TSN适配器的设计与实现

发布时间：2023-04-25 19:52

　　EtherCAT是一种实时以太网,具有很强的实时性和确定性,已经广泛应用于工业控制。然而,EtherCAT与信息网络的融合不仅困难,而且需要较大的成本。随着时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)的出现,使得操作技术OT(Operational Technology)与信息技术IT(Information Technology)的融合成为了可能。为此,本文设计了一种EtherCAT网络接入TSN的适配器,为OT与IT的融合提供了一种有效的解决方案。首先,本文分析了当前实时工业以太网适配TSN技术的应用背景和研究现状,针对EtherCAT和时间敏感网络两者技术上的特点,设计了一种用于EtherCAT适配TSN的方法。该方法主要包括EtherCAT/TSN数据转换、时钟同步和流预留应用三个方面。接着,本设计采用LS1021A作为适配器的硬件平台,对EtherCAT适配TSN的方法进行了实现。按照EtherCAT和TSN两种数据帧格式特点,设计了对应的EtherCAT/TSN数据结构和优先级映射方法,实现了EtherCAT/TSN两种协议类型数据转换功能。在...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 时间敏感网络研究现状
        1.2.2 实时以太网接入时间敏感网络研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第2章 EtherCAT与 TSN技术分析
    2.1 EtherCAT通信原理
        2.1.1 EtherCAT数据帧结构
        2.1.2 EtherCAT分布时钟同步
    2.2 时间敏感网络协议
        2.2.1 IEEE802.1Q VLAN帧格式
        2.2.2 IEEE802.1AS时钟同步
        2.2.3 IEEE802.1Qcc流预留
    2.3 EtherCAT/TSN适配问题分析
    2.4 本章小结
第3章 EtherCAT与 TSN适配方法设计
    3.1 总体适配方案
    3.2 EtherCAT数据转换方法
        3.2.1 EtherCAT/TSN报文格式定义
        3.2.2 EtherCAT数据映射方案
    3.3 VLAN优先级分配策略
    3.4 EtherCAT/TSN时钟同步方法
    3.5 EtherCAT/TSN流预留方法
    3.6 EtherCAT/TSN调度策略
        3.6.1 TSN网络拓扑
        3.6.2 调度模型设计
    3.7 EtherCAT/TSN适配器硬件平台
    3.8 本章小结
第4章 EtherCAT/TSN适配器软件设计
    4.1 软件总体结构
    4.2 EtherCAT/TSN数据转换程序设计
    4.3 EtherCAT/TSN适配器时钟同步程序设计
        4.3.1 时钟同步程序软件总体流程设计
        4.3.2 时钟同步报文解析子程序设计
        4.3.3 传输延迟测量子程序设计
    4.4 EtherCAT/TSN适配器流预留程序设计
        4.4.1 MSRP模块设计
        4.4.2 定时器处理流程
        4.4.3 报文事件处理程序
        4.4.4 原语事件处理程序
    4.5 本章小结
第5章 测试验证与分析
    5.1 测试运行环境
        5.1.1 硬件平台
        5.1.2 软件平台
    5.2 EtherCAT/TSN适配器功能测试
        5.2.1 EtherCAT/TSN数据转换功能测试
        5.2.2 EtherCAT/TSN适配器时钟同步测试
        5.2.3 流预留功能测试
    5.3 EtherCAT/TSN适配器转换时间测试
    5.4 本章小结
第6章 总结及未来工作
    6.1 总结
    6.2 未来工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果



本文编号：3800950