基于以太网分布式数控系统实时通信的研究

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1、独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得桂林电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解桂林电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林电

2、子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为桂林电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密在____年解密后适用本授权书。本人签名：日期：导师签名：日期：万方数据摘要摘要以太网技术以其良好的稳定性、兼容性及高带宽、低成本等特点，成为了分布式数控系统的数据透明传输及底层通信能力提升的较为流行的实现方案。但与此同时，以太网的接入机制带来了通信的不确定性，因而本论文围绕“以太

3、网技术实现运动控制层通信的时间同步和硬实时通信”的难点问题，展开了以下研究。以分布式数控系统的层次体系结构为基础，分析了基于以太网的分布式数控系统的软硬件体系结构，给出了实时、同步通信网络的分级拓扑结构。分析了运动控制层的通信特征，设计了一种基于CSMA/CD的硬实时调度机制。该机制的思路是在MAC层之上对数据的传输进行精确时间同步和实时调度，以克服CSMA/CD机制下数据传输的随机性。在硬实时调度机制的过程中，提出一种精确时间同步与实时通信的过程优化方法，将精确时间同步与数据传输、精确时间同步与实时流量控制的过程并行实现，从而达到互相兼顾、减少冗

4、余和提高效率的过程优化。针对运动控制层通信中周期性实时数据、非周期性突发数据、非周期性非实时数据共存的数据传输特征，提出了一种分时段、多任务的实时传输调度方法，以克服单一调度策略难以保证各类共存数据传输的实时性和同步性及信道效率的问题。基于硬实时调度机制的实现和优化，设计了一种实时控制协议。通过分析该协议，研究了实时传输调度方法实现实时、同步传输的过程和效果：针对周期性数据传输的时间确定性特征，设计了基于时槽机制的轮询调度方法，该方法结合时间触发方式和事件触发方法，保证了周期性实时数据传输的确定性和可靠性；针对非周期性数据的截止期特性，建立了一种实

5、时控制模型，该模型在保持信道传输效率基础上，通过流量整形的方法保证了非周期突发数据在实时通信周期截止期内发送完毕。搭建了基于ARM开发板与嵌入式Linux系统的硬实时通信实验平台，通过修改Linux系统内核文件实现了在原有网络体系结构中实时控制协议的加载，并对实验结果进行说明。关键字：分布式数控系统；以太网；精确时间同步；时槽机制；实时流量控制-I-万方数据摘要AbstractWiththegreatadvantagesofexcellentstability,goodcompatibility,highbandwidthandlowcost,th

6、eEthernettechnologyhasbeenamorepopularsolutionfordatatransparenttransmissionandlow-leveltransmissionspeedenhancementofdistributednumericalcontrolsystem(DNCs).However,Ethernettakesnon-determinismtocommunication,duetothemediaaccessmechanismofCSMA/CD.Thus,itisadifficultytoresearc

7、honthetopic“howtorealizethetimesynchronizationandhardreal-timecommunicationinthemotioncontrollevelbytheEthernettechnology”,andtheresearchisoutspreadaroundthetopicinthispaper.BasedonthehierarchicalarchitectureofDNC,thearchitectureofsoftwareandhardwareofEthernet-basedDNCsisanaly

8、zedandthehierarchicalnetworktopologyofreal-timeandsynchronize