船舶导航系统协议转换装置的设计与实现

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1、哈尔滨工程大学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。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，均已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）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈

2、尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日船舶导航

3、系统协议转换装置的设计与实现摘要在船舶导航系统中，现场总线的出现实现了智能导航设备间的数字通讯与消息交传递，为导航系统的发展提供了更为广阔的领域。但是，技术发展的阶段性问题、应用领域的差异以及相关的历史问题造成了船舶导航系统中往往存在多种现场总线，而这些不同的现场总线之间因为通信协议的差异不能进行直连，通常需要通过协议网关才能实现消息交互。然而，目前市场上的协议网关只能解决两种不同总线之间的通信，属于一对一的协议转换装置，但是，在一个存在三种及以上总线协议的系统中，这种协议网关就很难以实现整个网络的

4、互联。所以，为了解决这类问题，亟需对多协议转换技术及实现方法进行深入研究。本课题从实际出发，针对导航系统中常用的四种总线（1553B总线、CAN总线、以太网、RS-232），设计实现了一个基于ARM-Linux的多协议转换设备，完成了对这四种协议多方向实时转换。在船舶信息网络化的需求下，本文研究了协议转换技术在国内外的发展情况，重点分析了1553B总线、CAN总线、以太网和RS-232的总线结构特点及协议消息帧的结构，通过平行分析和对比这四种总线的特点，建立了一个基于Petri网的多协议转换模型，在

5、模型中分析了多协议转换的原理并证明了其可行性。在此基础上，本文提出了一种非透明的多协议转换方案，在该方案中，由于要实现三种及以上的多协议转换，所以协议转换的主要过程需要在应用层来完成，通过上层应用实现多个协议的实时转换，并设计了一个专用协议帧来实现自动路由功能。本文采用ARM9处理器作为控制核心，嵌入式Linux作为操作系统，设计实现了多协议转换装置的软硬件系统。在硬件系统的实现过程中，本文主要设计实现了基于BUS-61560协议芯片的总线接口硬件电路；在软件系统的实现过程中，本文完成了总线接口的驱

6、动程序的设计开发，并针对iTEK9261S开发板对嵌入式Linux操作系统进行移植，基于其优先级抢占机制，对多协议转换的任务进行功能的划分，并对其通信过程的调度进行设计，以满足系统的要求。最后，开发了基于VC的船舶导航系统设备模拟器，构造实验室测试系统，在1553B总线、CAN总线、以太网和RS-232所构成的网络中，完成对多协议转换设备的功能和性能测试，测试包括协议转换装置在通信和协议转换实现情况，以及协议转换设备的丢包率和报文延迟。测试结果表明协议转换装置可以实现四种总线之间的协议转换，并能保证

7、实时性和可靠性。关键词：协议转换；1553B总线；CAN总线；以太网；RS-232船舶导航系统协议转换装置的设计与实现ABSTRACTInshipnavigationsystem,theemergenceofthefieldbustorealizethedigitalcommunicationandmessagepassingbetweentheintelligentnavigationequipment,forthedevelopmentofnavigationsystemprovidesawid

8、erfield.However,thephasesoftechnologydevelopment,thehistoryofthedifferencesinthefieldofapplicationandrelatedproblemscausedtheshipnavigationsystemtendtohaveavarietyoffieldbus,andbecauseofthecommunicationprotocolbetweenthesedifferentfield