基于ZynQ嵌入式平台的工控通信单元设计与实现

发布时间：2024-02-29 21:39

　　随着计算机、通信和工业控制的不断发展,传统现场总线通信单元已被逐渐淘汰,以太网为基础的大容量高速工控通信单元逐步成为现场总线的主流趋势。EtherCAT协议栈以其拓扑结构灵活、可靠性高、开放性好等特点得到了众多厂商的广泛支持。论文在国家重点研发计划"基于工业物联网的智能产线实时故障诊断关键技术研究及应用"项目的支持下,对EtherCAT在智能产线中的应用进行了深入的研究。针对EtherCAT协议栈在Zynq嵌入式平台的应用设计实现了EtherCAT工控通信单元解决方案,成功在Zynq-7000平台上搭建了EtherCAT主站单元,使嵌入式设备能够发送和接收EtherCAT数据帧。相比PC平台,嵌入式平台具备低功耗,体积小,价格便宜等特点,降低了工业成本。论文针对Xilinx Zynq-7000平台用Vivado配置FPGA硬件信息,导出平台硬件描述文件,完成硬件平台的搭建。使用PetaLinux配置外部源码树,基于QEMU仿真设计裁剪Linux系统,调试完成移植到嵌入式实体设备。使用RT实时补丁制作实时操作系统,使Linux成为可抢占的内核,测试操作系统实时性以满足EtherCAT环境...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 课题来源
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文组织结构
第2章 EtherCAT协议栈相关原理
    2.1 引言
    2.2 EtherCAT介绍
    2.3 EtherCAT通信流程
    2.4 EtherCAT通信协议
        2.4.1 EtherCAT帧格式
        2.4.2 EtherCAT寻址
        2.4.3 EtherCAT服务命令类型编号
        2.4.4 EtherCAT邮箱和周期通信
    2.5 分布式时钟(DC)算法的分析
        2.5.1 传输延迟和偏移量的测算
        2.5.2 时钟漂移补偿
    2.6 EtherCAT状态机转换
    2.7 EtherCAT存储同步管理通道
    2.8 IgH-EtherCAT主站框架研究
    2.9 本章小结
第3章 嵌入式工控通信单元设计方案
    3.1 引言
    3.2 通信单元设计方案
    3.3 硬件平台设计方案
    3.4 嵌入式系统设计方案
    3.5 通信协议栈研究
        3.5.1 通信协议栈选择
        3.5.2 主站软件选择
    3.6 本章小结
第4章 嵌入式工控通信单元设计与实现
    4.1 引言
    4.2 硬件平台实现
        4.2.1 Vivado介绍
        4.2.2 Vivado工程设计
    4.3 嵌入式实时系统实现
        4.3.1 PetaLinux介绍
        4.3.2 PetaLinux架构分析
        4.3.3 PetaLinux配置安装
        4.3.4 PetaLinux系统制作
        4.3.5 PetaLinux平台共享
        4.3.6 PetaLinux实时系统实现
    4.4 通信协议栈主站框架实现
        4.4.1 获取软件框架
        4.4.2 编译软件框架
        4.4.3 启动软件框架
    4.5 主站应用层程序实现
        4.5.1 应用程序设计流程
        4.5.2 配置阶段代码实现
        4.5.3 周期阶段代码实现
    4.6 从站控制器软件实现
    4.7 本章小结
第5章 系统测试
    5.1 引言
    5.2 测试平台搭建
    5.3 内核实时性测试
    5.4 数据帧内容测试
    5.5 周期抖动性测试
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3914963