多协议现场总线通信性能分析体系构设与实现

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1、多协议现场总线通信性能分析体系构设与实现第一章绪论1.1现场总线分析技术的发展现状数控技术在信息、航空、航天以及国防工业中都有广泛应用，对发展新兴高新技术和尖端技术起到重要作用。数控技术提高了制造水平和市场竞争力，对制造业的发展起到了至关重要的作用。现场总线是数控系统的重要组成部分之一。现场总线主要安装在自动化设备之间，具有数字式、串行、多点通信的特点[1]，它可以连接传感器、控制器和执行器等现场设备。是一种数组化的、智能化的双向通信系统。现场总线技术解决了制造现场设备和高级控制系统之间的传输和通信问题，具有开放性、可操作性与可靠性强等特点。现场总线技术

2、的出现，使现场设备更智能，提高了设备的自治性与适应性，使系统更灵活[2]。目前国内外数控现场总线标准繁多，各大数控厂商都研发出自己的现场总线协议，在数控领域应用广泛，例如国外的EtherCAT，POL的协议解析模块的设计与实现....194.1基于XML的协议描述方法....194.2XML文件解析器的实现....214.3XML文件编辑器....234.4本章小结.....24第五章分析系统的详细设计与实现.........255.1概述.......255.2驱动程序的设计与实现......265.3数据传输模块的设计与实现.........305.

3、4核心处理模块的设计与实现.........355.5图形界面的实现.....405.6本章小结.....41第六章分析系统测试6.1性能测试实验中系统采集到的数据完全是按照协议配置文件中的协议格式解析的，与代码无关，实现了协议报文结构与程序的分离，体现了系统良好的扩展性。单个数据包的处理时间可以维持在60us以内，远小于2ms，能够完成对指定总线协议的实时采集与处理。最小检测周期在70us左右，可以满足大部分国内总线需求。通过对大量数据(10万数据包)长时间通信测试，能够看出系统工作状态比较稳定。NCSF的现场总线分析系统的准确抓包间隔在100us以上

4、。与基于NCSF的现场总线分析系统相比，由于本系统采用中断工作方式，抓包间隔更小，准确抓包间隔小于100us，能够满足国内数控现场总线的需求。国外总线分析设备抓包间隔为纳秒级，本系统与之相比还存在一定差距，但课题主要创新点在于能够对国内数控现场总线协议进行分析，并能通过配置对多种现场总线协议提供支持。结束语高可靠性和高实时性是数控现场总线的突出优点，已经成为高档数控机床的重要组成部分。国内外数控系统现场总线标准种类繁多，很多优秀的的数控现场总线基于以太网技术，在数控和伺服产品中得到广泛的应用。国外厂家经过多年的研发经验和技术积累，都有自己专用的协议分析设

5、备，而国内数控现场总线标准的协议分析设备，还没有成熟的产品，对国内数控现场总线的研发工作造成了一定的困难。鉴于上述问题，本文对多协议现场总线协议分析系统设计与实现过程进行了介绍。结合高档数控机床、数控系统及功能部件关键技术标准与测试平台研究（2012ZX04010-021）国家科技重大专项，本文的目标是：开发一款支持多种数控现场总线协议的实时监测分析系统，该系统能够实时采集数据，分析数据，支持NCSF和EtherCAT数控现场总线。论文的主要工作总结如下：1．提出了多协议现场总线协议分析系统总体结构设计方案，该系统由系统硬件、软件平台两部分组成。2．提出

6、了一种基于XML的总线描述方法。通过XML语言对现场总线报文结构进行描述，使分析系统的代码实现与报文结构相分离，使系统具有可扩展性。3．完成了对四个重要模块的设计与实现。驱动模块的设计与实现，驱动程序从数据采集卡中采集数据，并将数据通过共享内存发送给用户空间的主程序；数据传输模块采用Netlink和共享内存相结合的方式，在用户空间和内核空间传输数据；核心处理模块解析XML报文结构文件，获取总线报文结构，然后根据报文结构解析从总线采集到的数据；图形界面通过Qt实现，提供了协议结构文件的编辑器，方便用户使用。