基于ARM的多总线协议转换器的研究与设计

发布时间：2017-08-23 00:15

  本文关键词：基于ARM的多总线协议转换器的研究与设计

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【摘要】：现场总线技术凭借其可控性强、可靠性高、开放性好等优点在现代工业控制领域中得到了广泛应用，，但多种总线标准的共存与竞争现象给用户带来了诸多不便。随着互联网的迅猛发展，支持TCP/IP协议的以太网功能也越来越完善，以太网TCP/IP网络的应用已经在社会的各个角落得到了广泛应用。现场总线技术与以太网技术的融合已经成为社会发展的必然趋势。 本文在深入研究现场总线协议和以太网TCP/IP协议的基础上设计一种多总线协议转换器，实现在一个系统中多种现场总线协议能分别与以太网TCP/IP协议进行数据转换。本文中采用的总线协议有CAN总线协议、Modbus协议、Profibus-DP总线协议和RS232串行通信协议。 本文提出了采用接收数据包解包打包再发送的方法实现协议数据转换。硬件部分完成了协议转换器的核心板设计和应用板设计。协议转换器核心板为基于ARM9的最小系统，包括存储系统、电源电路、复位电路、时钟电路等。应用板包括以太网接口电路、CAN总线接口电路、Modbus总线接口电路、Profibus-DP模块电路、RS232接口电路和LCD及触摸屏接口电路等。转换器置入嵌入式Linux操作系统为软件平台，完成了相应接口硬件的移植和裁剪，包括U-Boot移植、Linux内核的配置与移植、文件系统的建立。设计了CAN总线设备的驱动程序并成功加载进入内核；完成了各总线协议模块程序及协议转换程序设计；对TCP/IP协议与RS232协议之间数据转换进行了测试。采用Qt设计了协议转换器灵活、方便的人机交互操作界面，包括开机欢迎界面、用户登陆界面、协议转换选择界面和参数配置界面等。 实验结果表明，本文设计的多总线协议转换器具有丰富的通信接口且可以完成协议转换功能、具有友好的人机交互界面，并且运行情况稳定，达到了预期的设计要求，具有良好的实用性和应用前景。
【关键词】：协议转换 总线协议 S3C2440 Linux
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TP393.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-12
• 1.3 课题来源及主要研究内容12-14
• 第2章 工业现场总线及 TCP/IP 协议14-23
• 2.1 OSI 开放式系统互联参考模型14
• 2.2 CAN 总线技术14-16
• 2.3 PROFIBUS 总线技术16-17
• 2.4 MODBUS 总线技术17-18
• 2.5 RS-232 串行通信协议18
• 2.6 以太网与 TCP/IP 协议18-21
• 2.6.1 TCP/IP 协议模型19
• 2.6.2 以太网帧结构19-21
• 2.7 协议转换设计21-22
• 2.8 本章小结22-23
• 第3章 系统硬件电路设计23-34
• 3.1 S3C2440A 最小系统硬件电路设计23-27
• 3.1.1 S3C2440A24
• 3.1.2 FLASH 存储系统24-25
• 3.1.3 SDRAM 存储系统25-26
• 3.1.4 电源电路26
• 3.1.5 复位电路26
• 3.1.6 时钟电路26-27
• 3.1.7 JTAG 接口电路27
• 3.2 以太网接口电路设计27-29
• 3.3 CAN 接口电路设计29-30
• 3.4 Modbus 总线接口电路设计30-31
• 3.5 Profibus-DP 模块硬件电路设计31-32
• 3.6 RS-232 接口电路设计32
• 3.7 LCD 和触摸接口电路设计32-33
• 3.8 本章小结33-34
• 第4章 多总线协议转换器软件平台的设计34-43
• 4.1 嵌入式 Linux 系统34-35
• 4.2 嵌入式 Linux 系统的移植35-42
• 4.2.1 准备工作35-36
• 4.2.2 Bootloader 的移植与配置36-37
• 4.2.3 嵌入式 Linux 内核的移植37-41
• 4.2.4 文件系统的移植41-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第5章 系统功能与实现43-63
• 5.1 设备驱动程序设计43-50
• 5.1.1 CAN 总线驱动程序设计43-47
• 5.1.2 驱动程序的编译加载47-50
• 5.2 协议转换功能与程序设计50-55
• 5.2.1 以太网模块50-52
• 5.2.2 CAN 总线模块52-53
• 5.2.3 RS232 模块53
• 5.2.4 协议转换模块53-55
• 5.3 人机交互功能与程序设计55-56
• 5.4 实验与分析56-61
• 5.4.1 触屏及 Qt 界面显示56-58
• 5.4.2 测试与分析58-61
• 5.5 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 附录68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王杰;现场总线技术的现状与发展[J];电气传动自动化;2005年03期

2 崔淼;郑雪峰;;Modbus与TCP/IP协议转换器的设计[J];电子技术应用;2006年05期

3 陆婷;杜月林;;现场总线协议转换网关的研究[J];电子商务;2011年02期

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6 王家杰;黄俊;曹阳;;煤矿监控系统CAN/Ethernet网关设计[J];电脑知识与技术;2013年20期

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本文编号：721869