基金会现场总线数据链路层协议的研究与开发

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1、浙江大学硕士学位论文基金会现场总线数据链路层协议的研究与开发摘要随着计算机技术、微电子技术以及通信技术的发展，在工业领域中的信号传输方式从模拟信号传输发展到了数字信号传输，因此诞生了一项新的技术—现场总线技术。现场总线技术最大的特点有两个:一是实现了现场仪表的数字通信和智能处理，二是它的全开放性。它的出现使基于传统的现场仪表所构成的工业控制系统的体系结构发生了根本的变革，并以其无可比拟的优势迅速成为工业控制系统的主流技术。本论文以当前比较成熟的基金会现场总线低速协议标准H1为研究对象，主要是从数据链路层协议的角度，分基本设备和链路活动调度器两个方面

2、，对通信机制、带宽分配策略、链路管理和调度机制等关键技术进行研究。同时结合“基金会现场总线通信协议栈的研究与开发”项目的开展，作为项目负责人进行了具体的开发工作，最后搭建了一个演示系统进行测试，并顺利通过项目的验收。本论文共分7章。首先在第二章介绍了H1的协议体系结构和参考模型，并对各层协议都进行了简要说明。第三章详细介绍了H1通信卡软硬件的设计开发，这既是整个项目的基础，也为现场设备的开发提供了有益的借鉴。硬件设计的技术难点是介质访问单元模块，文中详细分析了其设计原理，给出了一个设计实例，并有针对性地指出存在的问题，提出了改进措施。软件设计包括嵌

3、入式操作系统的移植和底层驱动程序的实现，并指出:内存拷贝和内存受限是进行嵌入式系统软件开发的两个关键问题，提出了JL种行之有效的解决方法。接下来的第四章和第五章是本论文的重点。第四章首先对数据链路层进行了概述，描述了其三层模型结构，然后对基本设备部分的协议进行了详细的研究，给出了总体设计和具体实现。为了有效地解决协议开发中需要使用大量的定时器用于定时和超时控制的问题，文中创造性地提出了一种新的定时器管理机制。第五章主要研究了链路活动调度器部分的协议，给出了总体的设计思路，然后紧紧围绕五个基本功能进行了详细的设计开发，重点分析了周期性和非周期的通信机

4、制，指出存在的缺陷和不足，并给出了改进措施。为了提高通信的实时性和性能，优化带宽，文中还比较并分析了几种不同的非周期通信的带宽分配策略。第六章是联调和测试部分，搭建了一个演示系统，设计了测试方案，对协议实现的关键部分如何进行联调和测试做了详细说明。最后第七章先是对本项目前期的工作进行了总结，提出了一些建议，也对以后的工作进行了展望。关键字:现场总线，基金会现场总线，通信协议，数据链路层，链路活动调度器浙江大学硕士学位论文基金会现场总线数据链路层协议的研究与开发ABSTRACTAlongwiththetechnicaldevelopingofcomp

5、uter,micro-electronicsandcommunication,signaltransmittingmethodwasdevelopingfromanalogtodigitalinthefieldofprocesscontrolandmeanwhilepeoplebroughtforwardanewtechnology:Fieldbus.TherearetwomaincharactersofFieldbus:oneisdigitalcommunicationandintelligentprocessoffieldmeters,andt

6、heotheristhatit'sopeningandavailabletoeveryonetotally.Fromthenon,Filedbusbecamethemaintechnologyinthefieldofprocesscontrolsystem.FFH1standardisthestudyobjectinthispaper.Thispapermainlyfocusesoncommunicationmechanism,bandwidthallocationscheme,linkmanagementandschedulingmechanis

7、mofDataLinkLayer.Therestillbetherealizationofcommunicationcardhardwareandprotocolstacksoftware.Finallyitestablishedademosystemtoaccomplishtheproject.Therearesevenchaptersinthispaper.Inchapter2,thispaperfirstlyintroducesthesystemarchitectureofHlprotocolstandardandreferencemodel

8、,thenitbrieflydescribeseachlayer.Secondlythispaperdetailedpre