本文關(guān)鍵詞：面向工業(yè)控制的片上控制模塊系統(tǒng)固件設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當今,自動化控制系統(tǒng)在國民經(jīng)濟建設(shè)各行各業(yè)的運行過程中發(fā)揮著不可替代的作用,自動化發(fā)展水平已成為一個國家科技水平和綜合國力的重要體現(xiàn)。隨著自動控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴展,以PLC和DCS作為控制節(jié)點的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)解決方案暴露出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計門檻較高、成本較大等不足,對于IO數(shù)量需求較少的中小規(guī)模系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用,亟需集成度更高、更為簡單易用的核心控制模塊與控制系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)。片上控制模塊由控制芯片、系統(tǒng)固件、用戶組態(tài)程序等部分構(gòu)成,輸入輸出、控制運算、工業(yè)通信、系統(tǒng)組態(tài)等均在單模塊上實現(xiàn),能夠有效地降低自動控制系統(tǒng)的設(shè)計難度與工程實施成本。本文研究基于控制芯片進行系統(tǒng)固件設(shè)計,實現(xiàn)片上控制模塊集成輸入輸出、控制運算、工業(yè)通信、系統(tǒng)組態(tài)等功能需求。為實現(xiàn)該目標,本文進行如下研究工作：1)針對PC端軟件與片上控制模塊通信交互的問題,設(shè)計交互通信協(xié)議,實現(xiàn)通信模塊與系統(tǒng)服務(wù)接口；2)針對片上控制模塊可靈活應(yīng)用于不同場合的需求,提出硬件運行參數(shù)可配置的設(shè)計方法；3)針對片上控制模塊組態(tài)需求,設(shè)計系統(tǒng)組態(tài)服務(wù)、組態(tài)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)以及程序校驗與加載流程；4)通過研究常見調(diào)度算法,設(shè)計并實現(xiàn)了用戶程序調(diào)度算法；5)針對某些控制運算硬件實現(xiàn)存在設(shè)計復(fù)雜、資源消耗大、可擴展性差等不足,提出部分控制運算固件實現(xiàn)的設(shè)計方法；6)針對片上控制IO的管理功能需求,實現(xiàn)片上控制10管理單元；7)針對用戶程序訪問設(shè)備通信總線的需求,提出設(shè)備通信開放方案,并將該方案應(yīng)用于Modbus開發(fā)應(yīng)用中；8)針對片上控制模塊在線升級需求,設(shè)計文件下載服務(wù)與程序文件存儲、起效方法；9)構(gòu)建測試驗證平臺,并對系統(tǒng)功能進行測試。本文首先對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,接著詳細論述系統(tǒng)固件核心模塊的設(shè)計與實現(xiàn),并構(gòu)建系統(tǒng)功能測試驗證環(huán)境,對系統(tǒng)功能進行測試驗證。測試結(jié)果表明,系統(tǒng)功能滿足應(yīng)用需求,達到預(yù)期的設(shè)計目標。
【關(guān)鍵詞】：通信交互服務(wù) 硬件配置 片上控制模塊系統(tǒng)組態(tài) 用戶程序調(diào)度 設(shè)備通信開放方案設(shè)計
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12-16
• 1.1.1 課題背景及意義12-14
• 1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.1.3 固件介紹16
• 1.2 研究目標及內(nèi)容16-18
• 1.3 本文結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第二章 系統(tǒng)簡介與固件總體設(shè)計20-32
• 2.1 系統(tǒng)簡介20-23
• 2.1.1 工業(yè)控制系統(tǒng)20-21
• 2.1.2 片上控制模塊21-23
• 2.1.3 控制芯片23
• 2.2 固件總體設(shè)計與問題分析23-30
• 2.2.1 總體設(shè)計24-25
• 2.2.2 核心問題與設(shè)計方法論述25-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 第三章 系統(tǒng)固件核心模塊設(shè)計32-66
• 3.1 交互服務(wù)設(shè)計32-40
• 3.1.1 交互接口選定與交互模型設(shè)計33-34
• 3.1.2 通信協(xié)議格式設(shè)計34-36
• 3.1.3 慢速接口與高速接口模塊設(shè)計36-37
• 3.1.4 多客戶端并發(fā)訪問設(shè)計37
• 3.1.5 通信模塊軟件層次化設(shè)計37-39
• 3.1.6 系統(tǒng)服務(wù)訪問接口設(shè)計39-40
• 3.2 硬件配置設(shè)計40-45
• 3.2.1 配置數(shù)據(jù)管理與加載40-42
• 3.2.2 配置應(yīng)用設(shè)計方法42-45
• 3.3 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計45-48
• 3.3.1 系統(tǒng)組態(tài)服務(wù)45-46
• 3.3.2 用戶組態(tài)數(shù)據(jù)管理46-48
• 3.3.3 程序校驗與加載48
• 3.4 用戶程序調(diào)度器設(shè)計48-51
• 3.4.1 調(diào)度算法49
• 3.4.2 用戶程序調(diào)度算法設(shè)計49-51
• 3.5 固化控制功能塊機制設(shè)計51-56
• 3.5.1 交互機制設(shè)計52-53
• 3.5.2 實現(xiàn)機制設(shè)計53-54
• 3.5.3 設(shè)計實例54-56
• 3.6 片上控制IO管理設(shè)計56-57
• 3.7 設(shè)備通信開放應(yīng)用方法設(shè)計57-60
• 3.7.1 開放方案提出58-59
• 3.7.2 開放方案應(yīng)用59-60
• 3.8 文件下載與在線升級設(shè)計60-64
• 3.8.1 文件下載服務(wù)61-62
• 3.8.2 系統(tǒng)固件升級與起效62-64
• 3.9 本章小結(jié)64-66
• 第四章 系統(tǒng)功能測試驗證66-80
• 4.1 驗證測試環(huán)境簡介66-70
• 4.2 功能模塊測試驗證70-79
• 4.2.1 交互服務(wù)功能測試70-73
• 4.2.2 硬件配置功能測試73-74
• 4.2.3 用戶組態(tài)與調(diào)度管理功能測試74-76
• 4.2.4 固化控制功能塊與片上控制IO功能測試76-77
• 4.2.5 設(shè)備通信總線Modbus開放應(yīng)用測試77-78
• 4.2.6 文件下載與在線升級功能測試78-79
• 4.3 本章小結(jié)79-80
• 第五章 總結(jié)與展望80-82
• 參考文獻82-84

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