基于Linux的POWERLINK通信技术的实现与应用研究

发布时间：2017-08-18 14:29

  本文关键词：基于Linux的POWERLINK通信技术的实现与应用研究

  更多相关文章： 实时工业以太网 POWERLINK Linux RTAI 移植

【摘要】：传统运动控制系统的通信主要依赖于现场总线技术,其实时性、可靠性、稳定性和开放性很难满足现代制造业的发展需求。实时工业以太网将标准以太网应用在工业控制领域,有效地提高了运动控制系统的实时性和稳定性。本文在深入比较分析各种实时以太网的基础上,选择了当今开放性最好的实时工业以太网一-Ethernet POWERLINK作为研究对象,采用Linux系统作为实现平台,对POWERLINK通信技术的实现与应用进行了研究。本文研究内容包括以下几个部分：1.深入研究了实时内核RTAI系统结构,并将其移植到Linux系统中。利用实时内核RTAI来管理所有的硬件中断,对Linux系统进行了硬扩展,实现了RTAI/Linux硬实时操作系统,并且验证了RTAI/Linux系统的硬实时性,为POWERLINK协议的实现提供了可行的操作平台。2.根据POWERLINK的协议架构和硬件实现平台,制定出了移植的整体方案。详细分析openPOWERLINK源代码,系统地介绍了POWERLINK的工作原理、协议组成和网络管理状态机的工作流程,结合Linux内核网络架构,采取内核移植的方式,在Linux系统上实现POWERLINK协议。3.在Linux系统上实现了一个POWERLINK主站。结合硬件半台和openPOWERLINK底层模块代码,修改了openPOWERLINK协议的时钟驱动模块代码、设计了中断服务程序和共享缓存,最后将openPOWERLINK协议和Linux网络接口Socket进行绑定。4.将已实现的POWERLINK主站应用在伺服控制系统中,监测其通信抖动、同步性和稳定性。利用网络诊断工具WireShark详细地跟踪验证启动过程,然后对POWERLINK的其他性能进行验证。其一,将已实现的POWERLINK主站应用到二维伺服运动平台中,实现圆弧插补。其二,检测了POWERLINK协议的通信抖动。其三,将POWERLINK主站与多个从站长时间通信,监测网络通信的稳定性和同步性。实验结果证明,基于Linux的POWERLINK协议具有良好的同步性和稳定性。
【关键词】：实时工业以太网 POWERLINK Linux RTAI 移植
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TP316.81
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题的研究背景和意义13-15
• 1.2 POWERLINK的发展与研究现状15-17
• 1.3 本文研究内容和结构安排17-19
• 第二章 POWERLINK通信协议的基本理论19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 POWERLINK的OSI模型19-20
• 2.3 物理层20-21
• 2.4 数据链路层21-24
• 2.4.1 PReq/PRes模式21-22
• 2.4.2 PRC模式22
• 2.4.3 多路复用技术22-23
• 2.4.4 POWERLINK周期23-24
• 2.5 应用层24-27
• 2.5.1 对象词典OD26
• 2.5.2 服务数据对象SDO26-27
• 2.5.3 过程数据对象PDO27
• 2.6 POWERLINK网络管理状态机27-32
• 2.6.1 通用网络管理状态机28-29
• 2.6.2 主站网络管理状态机29-30
• 2.6.3 从站网络管理状态机30-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 基于Linux的POWERLINK设计与实现33-55
• 3.1 引言33
• 3.2 双内核方案原理33-34
• 3.3 基于RTAI的Linux硬实时操作系统34-36
• 3.3.1 编译Linux内核35
• 3.3.2 安装RTAI35-36
• 3.4 POWERLINK在Linux下实现的整体设计思路36-39
• 3.4.1 移植概述36-38
• 3.4.2 移植的整体设计思路38-39
• 3.5 openPOWERLINK在Linux下的实现39-51
• 3.5.1 openPOWERLINK在Linux下的启动流程39-40
• 3.5.2 初始化定时器40-41
• 3.5.3 定时器中断间隔设置41-42
• 3.5.4 获取定时器当前时间42
• 3.5.5 有关定时器的重要数据结构42-46
• 3.5.6 中断服务程序的设计46-49
• 3.5.7 共享缓存的设计49-50
• 3.5.8 Linux和POWERLINK协议栈的绑定50-51
• 3.6 POWERLINK协议栈的设置51-54
• 3.6.1 OD的结构51-53
• 3.6.2 OD的参数配置53-54
• 3.6.3 传输参数的访问54
• 3.7 本章小结54-55
• 第四章 基于Linux的POWERLINK协议验证与分析55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 诊断工具WIRESHARK55-57
• 4.2.1 数据分析功能55-56
• 4.2.2 数据过滤功能56-57
• 4.3 POWERLINK的移植验证57-63
• 4.3.1 启动状态验证58-61
• 4.3.2 周期验证61
• 4.3.3 热插拔验证61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 POWERLINK协议在伺服控制中的应用64-71
• 5.1 引言64
• 5.2 平台概述64-65
• 5.3 实验和分析65-70
• 5.3.1 圆弧插补测试65-67
• 5.3.2 通信抖动测试67-68
• 5.3.3 同步性与稳定性测试68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77-79
• 致谢79-80
• 附录80-86

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本文编号：695094