ethercat工业以太网从站设备的软件设计与实现

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1、硕士学位论文EtherCAT工业以太网从站设备的软件设计与实现SOFTWAREDESIGNANDIMPLEMENTATIONFORSLAVEEQUIPMENTOFETHERCATINDUSTRIALETHERNET顾朝媛哈尔滨工业大学2012年12月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文EtherCAT工业以太网从站设备的软件设计与实现硕士研究生：顾朝媛导师：沙学军教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:TPN273U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringSOFTWAREDESIGNANDIMPLEMENTATIONFORSLAVEEQUIPMENTOFETHERCATINDUSTRIALETHERNETCandidate:GuZhaoyuanSupervisor:Prof.ShaXuejunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ElectronicandCommunicationEngineeringAffili

3、ation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着工业控制对可靠性与实时性要求不断提高，传统总线因无法突破实时性，通信效率及总线供电等技术瓶颈而逐渐被一些新的技术所替代。在国内外，一种将以太网应用于工业控制的新兴工业以太网技术引起了越来越多的关注。EtherCAT是一种基于改进的以太网帧结构的工业以太网协议，是目前可靠性和实时性最高的工业以太网协议之一。本文提出一种基于STM32

4、处理器的EtherCAT从站协议栈的实现方法。首先从物理层、数据链路层及应用层研究分析了EtherCAT协议。其次，重点设计开发基于STM32处理器的EtherCAT从站设备的协议软件，设计并实现了从站状态机、周期性过程数据及邮箱数据三大通信任务的软件代码。在已搭建的EtherCAT主从站运行平台验证了系统的可靠与实时性。EtherCAT报文的一次发送和接收共需2ms，该时间随着从站个数的增加变化不大。最后，本文创新点是设计一种基于EtherCAT实时通信协议栈的智能家居网络控制系统，比以往采用单片机作为终端控制器的控制系统在扩展能力，数据处理能力，实时性方面都

5、有显著优势，实现了智能家居中智能开关与人脸识别门禁两部分应用控制任务，该系统提高了家居控制的安全性及实时性，是目前最有发展前景的工业以太网应用技术之一。从站协议栈实现EtherCAT的从站功能，并且运行于STM32处理器上，提高了从站运行速度，保证整个EtherCAT系统的实时性。关键词：工业以太网；EtherCAT；STM32；从站设备；智能家居网络控制-I-AbstractAbstractWiththecontinuouslyimprovementofthereliabilityandreal-timerequirementsinindustrialcont

6、rol,thetraditionalbusisunabletobreakthroughthebottleneckofreal-timecommunication,efficiency,andbus-poweredtechnology.Recentlyitisgraduallyreplacedbysomenewtechnology.AthomeandabroadanemergingIndustrialEthernettechnologywhichapplystheEthernettoindustrialcontrolcausesmoreandmoreattenti

7、on.EtherCATIndustrialEthernetprotocolisanimprovedEthernetframestructureanditisoneofthehighestreliabilityandreal-timeIndustrialEthernetprotocols.ThispaperhaspresentedanEtherCATslaveprotocolstackimplementationbasedontheSTM32processor.First,analyzetheEtherCATprotocolincludingthephysical

8、layerprotoco