本文關(guān)鍵詞：基于Linux的POWERLINK通信技術(shù)的實現(xiàn)與應(yīng)用研究

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【摘要】：傳統(tǒng)運動控制系統(tǒng)的通信主要依賴于現(xiàn)場總線技術(shù),其實時性、可靠性、穩(wěn)定性和開放性很難滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。實時工業(yè)以太網(wǎng)將標準以太網(wǎng)應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域,有效地提高了運動控制系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。本文在深入比較分析各種實時以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,選擇了當今開放性最好的實時工業(yè)以太網(wǎng)一-Ethernet POWERLINK作為研究對象,采用Linux系統(tǒng)作為實現(xiàn)平臺,對POWERLINK通信技術(shù)的實現(xiàn)與應(yīng)用進行了研究。本文研究內(nèi)容包括以下幾個部分：1.深入研究了實時內(nèi)核RTAI系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并將其移植到Linux系統(tǒng)中。利用實時內(nèi)核RTAI來管理所有的硬件中斷,對Linux系統(tǒng)進行了硬擴展,實現(xiàn)了RTAI/Linux硬實時操作系統(tǒng),并且驗證了RTAI/Linux系統(tǒng)的硬實時性,為POWERLINK協(xié)議的實現(xiàn)提供了可行的操作平臺。2.根據(jù)POWERLINK的協(xié)議架構(gòu)和硬件實現(xiàn)平臺,制定出了移植的整體方案。詳細分析openPOWERLINK源代碼,系統(tǒng)地介紹了POWERLINK的工作原理、協(xié)議組成和網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機的工作流程,結(jié)合Linux內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),采取內(nèi)核移植的方式,在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)POWERLINK協(xié)議。3.在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)了一個POWERLINK主站。結(jié)合硬件半臺和openPOWERLINK底層模塊代碼,修改了openPOWERLINK協(xié)議的時鐘驅(qū)動模塊代碼、設(shè)計了中斷服務(wù)程序和共享緩存,最后將openPOWERLINK協(xié)議和Linux網(wǎng)絡(luò)接口Socket進行綁定。4.將已實現(xiàn)的POWERLINK主站應(yīng)用在伺服控制系統(tǒng)中,監(jiān)測其通信抖動、同步性和穩(wěn)定性。利用網(wǎng)絡(luò)診斷工具WireShark詳細地跟蹤驗證啟動過程,然后對POWERLINK的其他性能進行驗證。其一,將已實現(xiàn)的POWERLINK主站應(yīng)用到二維伺服運動平臺中,實現(xiàn)圓弧插補。其二,檢測了POWERLINK協(xié)議的通信抖動。其三,將POWERLINK主站與多個從站長時間通信,監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性和同步性。實驗結(jié)果證明,基于Linux的POWERLINK協(xié)議具有良好的同步性和穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：實時工業(yè)以太網(wǎng) POWERLINK Linux RTAI 移植
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TP316.81
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題的研究背景和意義13-15
• 1.2 POWERLINK的發(fā)展與研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第二章 POWERLINK通信協(xié)議的基本理論19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 POWERLINK的OSI模型19-20
• 2.3 物理層20-21
• 2.4 數(shù)據(jù)鏈路層21-24
• 2.4.1 PReq/PRes模式21-22
• 2.4.2 PRC模式22
• 2.4.3 多路復(fù)用技術(shù)22-23
• 2.4.4 POWERLINK周期23-24
• 2.5 應(yīng)用層24-27
• 2.5.1 對象詞典OD26
• 2.5.2 服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO26-27
• 2.5.3 過程數(shù)據(jù)對象PDO27
• 2.6 POWERLINK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機27-32
• 2.6.1 通用網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機28-29
• 2.6.2 主站網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機29-30
• 2.6.3 從站網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)機30-32
• 2.7 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于Linux的POWERLINK設(shè)計與實現(xiàn)33-55
• 3.1 引言33
• 3.2 雙內(nèi)核方案原理33-34
• 3.3 基于RTAI的Linux硬實時操作系統(tǒng)34-36
• 3.3.1 編譯Linux內(nèi)核35
• 3.3.2 安裝RTAI35-36
• 3.4 POWERLINK在Linux下實現(xiàn)的整體設(shè)計思路36-39
• 3.4.1 移植概述36-38
• 3.4.2 移植的整體設(shè)計思路38-39
• 3.5 openPOWERLINK在Linux下的實現(xiàn)39-51
• 3.5.1 openPOWERLINK在Linux下的啟動流程39-40
• 3.5.2 初始化定時器40-41
• 3.5.3 定時器中斷間隔設(shè)置41-42
• 3.5.4 獲取定時器當前時間42
• 3.5.5 有關(guān)定時器的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)42-46
• 3.5.6 中斷服務(wù)程序的設(shè)計46-49
• 3.5.7 共享緩存的設(shè)計49-50
• 3.5.8 Linux和POWERLINK協(xié)議棧的綁定50-51
• 3.6 POWERLINK協(xié)議棧的設(shè)置51-54
• 3.6.1 OD的結(jié)構(gòu)51-53
• 3.6.2 OD的參數(shù)配置53-54
• 3.6.3 傳輸參數(shù)的訪問54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第四章 基于Linux的POWERLINK協(xié)議驗證與分析55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 診斷工具WIRESHARK55-57
• 4.2.1 數(shù)據(jù)分析功能55-56
• 4.2.2 數(shù)據(jù)過濾功能56-57
• 4.3 POWERLINK的移植驗證57-63
• 4.3.1 啟動狀態(tài)驗證58-61
• 4.3.2 周期驗證61
• 4.3.3 熱插拔驗證61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 POWERLINK協(xié)議在伺服控制中的應(yīng)用64-71
• 5.1 引言64
• 5.2 平臺概述64-65
• 5.3 實驗和分析65-70
• 5.3.1 圓弧插補測試65-67
• 5.3.2 通信抖動測試67-68
• 5.3.3 同步性與穩(wěn)定性測試68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 總結(jié)與展望71-73
• 參考文獻73-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77-79
• 致謝79-80
• 附錄80-86

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本文編號：695094