ethernet powerlink通信协议的实时性研究与硬实时优化设计

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1、分类号：TP393UDC：681．5密级：编号：工学硕士学位论文EthernetPOWERLINK通信协议的实时性研究与硬实时优化设计硕士研究生：赵粹臣指导教师：田孝军副研究员刘念教授学科、专业：控制理论与控制工程沈阳理工大学2014年6月分类号：TP393UDC：681．5密级：编号：工学硕士学位论文EthernetPOWERLINK通信协议的实时性研究与硬实时优化设计硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：赵粹臣田孝军副研究员刘念教授工学硕士控制理论与控制工程研究生学

2、院2014年5月2014年6月沈阳理工大学ClassificationIndex：TP393U．D．C：681．5AThesisfortheMasterDegreeofEngineeringResearchonreal—timeperformanceoftheEthernetPOWERLⅣKcommunicationprotocolandoptimaldesignofhardreal--timeCandidate：ZhaoCuichenSupervisor：AssistantProf．TianXiaojunandProf．Li

3、uNianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Contr01TheoryandControlEngineeringDateofSubmission：May,2014DateofExamination：June，2014University：ShenyangLigongUniversity沈阳理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应

4、。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：惫∥南臣Et期：诽年‘月l乡日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学

5、位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)≯一签氨瓣弓a秽币签氨日期：加＼怙DR＼夕p日期：。犹。s。

6、乃沈阳理工大学硕士学位论文摘要应用在工业控制领域的工业以太网具有高速、实时、大容量的特点，其最重要的性能是实时性和确定性，实时性是指系统能够在某个限定的时间范围内对事件作出反应，确定性是指系统的行为在一定的条件下是可预测的。实时性又可以分为软实时性和硬实时性，两者的区别是后者具有不可更改且不允许超过的时限。在实时以太网领域中，EthemetPOWERLINK具有实时性、确定性高，以及实现方便而且价廉、发展潜力巨大等多方面

7、的优势。为提高POWERLINK通信的实时性，应加快数据处理速度和状态机运行速度。数字电路具有并行处理的优势，可以将数据处理的速度大大提高，同时硬件实现的状态机比软件实现的状态机更为快速。本文参照POWERLINK通信协议和协议栈C语言代码，利用VerilogHDL设计了一系列电路来实现除应用层之外的协议栈的功能。首先利用双端口RAM作为与应用CPU交换数据的接口。其次利用RMII作为物理层接口。在这两个接口之间，用数字电路实现了NMT状态机和DLL状态机的功能，再结合VHDL语言实现的以太网控制器MAC模块，由此提出了一个P

8、OWERLINK通信协议的硬件实现方案。该方案在理论上会具有较高的硬实时性。最后利用ModelsimSE仿真软件对部分模块进行了功能验证。本文做了三方面的工作：～是用双端口RAM实现用户接口，二是通过重新定义一系列状态，用Verilog实现原本由C代码实现的状态机，三是通过NMT功能、相关状态机的电路实现，来进行实时优化。为今后将该方案进一步制作成为ASIC奠定了基础。关键词：实时以太网；硬实时；POWERLINK；VerilogHDL沈阳理工大学硕士学位论文AbstractTheindustrialEthemetapplic

9、atedinindustrialcontrolfieldhashighspeed，real—timeandbigcapacity．TwoofthemostimportantperformancesoftheindustrialEthernetarereal-timeperfo