本文關(guān)鍵詞：基于ARM9和FPGA的通訊管理機(jī)的研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源需求日益增加。作為重要能源之一的電力,其傳輸管理系統(tǒng)自動化程度越來越高。在我國電力自動化系統(tǒng)中,越來越注重于對系統(tǒng)信息的收集、集成及管理。這其中,不同智能裝置之間數(shù)據(jù)交換越來越頻繁,但不同設(shè)備使用的不同協(xié)議給變電站通訊帶來很大麻煩。一個可行的解決方案就是使用通訊管理機(jī)。作為重要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,通訊管理機(jī)在變電站通訊中發(fā)揮了重要作用,它可以實時接收現(xiàn)場設(shè)備通訊數(shù)據(jù),匯總整理后實現(xiàn)通信、控制。同時,高性能微處理器的發(fā)展和嵌入式操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,也為新型通訊管理機(jī)的研制提供了基礎(chǔ)。本文根據(jù)變電站通訊對通訊管理機(jī)的功能需求和對多種解決方案分析比較的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于ARM+Linux的新型通訊管理機(jī)。此架構(gòu)的技術(shù)比較成熟、擴(kuò)展性強(qiáng)、成本較低,有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)可通過RS485、CAN、以太網(wǎng)接口,與變電站智能設(shè)備進(jìn)行連接,并將現(xiàn)場智能設(shè)備的通訊數(shù)據(jù)整理匯總后,通過上行網(wǎng)絡(luò)接口,實時上送上級主站系統(tǒng)；另一方面,接收主站系統(tǒng)的控制命令,轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場智能設(shè)備,實現(xiàn)對下行設(shè)備的控制。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,保證了系統(tǒng)運(yùn)行工作時的穩(wěn)定性與可靠性。系統(tǒng)硬件平臺采用ARM+FPGA的架構(gòu)。其中,ARM選用AT91RM9200工業(yè)級芯片,滿足了變電站復(fù)雜的工作環(huán)境,其作為主控芯片負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制、交互及通訊；FPGA作為協(xié)處理器負(fù)責(zé)擴(kuò)展通訊串口、輸出告警及控制信號,實現(xiàn)對被控對象的控制。ARM和FPGA通過總線通訊,保證了二者通訊的穩(wěn)定和快速性。系統(tǒng)軟件實現(xiàn)部分,詳細(xì)介紹了嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)和移植的實現(xiàn)方法,重點(diǎn)講解了協(xié)處理器FPGA在Linux系統(tǒng)下的驅(qū)動開發(fā)。本文的核心是協(xié)議轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)。在協(xié)議轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方法上,采用多線程技術(shù),保證各個線程之間協(xié)同工作。此外,本文還對電力系統(tǒng)常用通訊協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,為協(xié)議轉(zhuǎn)換程序設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。在系統(tǒng)設(shè)計完成后搭建了實驗平臺,從系統(tǒng)硬軟件環(huán)境、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)性能三個方面進(jìn)行了測試。結(jié)果表明該系統(tǒng)硬軟件環(huán)境運(yùn)行穩(wěn)定,但協(xié)議轉(zhuǎn)換程序仍在實現(xiàn)當(dāng)中,還需進(jìn)一步完善。
【關(guān)鍵詞】：通訊管理機(jī) 通訊協(xié)議 嵌入式系統(tǒng) FPGA
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM76
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 課題研究的背景及意義14-15
• 1.2 通訊管理機(jī)的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 電力系統(tǒng)相關(guān)通訊協(xié)議分析17-25
• 1.3.1 OSI參考模型17-18
• 1.3.2 101、104規(guī)約18-21
• 1.3.3 CAN技術(shù)規(guī)范21-23
• 1.3.4 TCP/IP協(xié)議23-24
• 1.3.5 MODBUS協(xié)議24-25
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)25-26
• 第2章 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設(shè)計26-42
• 2.1 系統(tǒng)概述26
• 2.2 系統(tǒng)工作原理及設(shè)計思想26-28
• 2.2.1 系統(tǒng)工作原理26-27
• 2.2.2 系統(tǒng)設(shè)計思想27-28
• 2.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計28
• 2.4 AT91RM9200微處理器概述28-29
• 2.5 電源模塊電路29-30
• 2.6 CPU中央處理單元電路30-32
• 2.6.1 電源電路30-31
• 2.6.2 時鐘電路31-32
• 2.6.3 看門狗復(fù)位電路32
• 2.7 存儲器擴(kuò)展電路32-36
• 2.7.1 SDRAM接口電路32-34
• 2.7.2 Nor Flash接口電路34-35
• 2.7.3 SD Card接口電路35-36
• 2.8 通訊接口電路36-39
• 2.8.1 RS485通訊接口36-37
• 2.8.2 CAN通訊接口37-38
• 2.8.3 以太網(wǎng)通訊接口38-39
• 2.9 FPGA模塊電路39-41
• 2.9.1 FPGA相關(guān)技術(shù)40
• 2.9.2 FPGA與ARM通訊實現(xiàn)40-41
• 2.9.3 控制信號輸出和通訊接口擴(kuò)展41
• 2.10 本章小結(jié)41-42
• 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計42-60
• 3.1 嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ)42-45
• 3.1.1 嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境構(gòu)建42-44
• 3.1.2 Linux開發(fā)環(huán)境完善44-45
• 3.2 嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植45-50
• 3.2.1 U-Boot移植46-47
• 3.2.2 Linux內(nèi)核移植47-49
• 3.2.3 根文件系統(tǒng)移植49-50
• 3.3 設(shè)備驅(qū)動開發(fā)50-54
• 3.3.1 FPGA驅(qū)動設(shè)備初始化51-52
• 3.3.2 驅(qū)動文件操作接口52-54
• 3.4 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序設(shè)計54-55
• 3.5 FPGA串口程序設(shè)計55-59
• 3.5.1 雙端口RAM的設(shè)計與實現(xiàn)55-57
• 3.5.2 串口發(fā)送接收模塊設(shè)計57-59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 第4章 系統(tǒng)測試與分析60-65
• 4.1 系統(tǒng)硬軟件環(huán)境測試與分析60-62
• 4.1.1 硬件測試60-61
• 4.1.2 軟件環(huán)境測試61-62
• 4.2 系統(tǒng)功能和性能測試62-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 第5章 結(jié)束語65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-72
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：764848