本文關(guān)鍵詞：嵌入式CAN總線與以太網(wǎng)冗余網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 網(wǎng)關(guān) CAN總線 以太網(wǎng)通信 嵌入式Linux

【摘要】：現(xiàn)代船舶自動化面向大型化、高速化、智能化迅速發(fā)展,因此對船舶的自動控制要求也越來越高。CAN總線因為其較高的可靠性、網(wǎng)絡(luò)安全性、實時性和低成本性在船舶機艙等強干擾的環(huán)境中具有廣泛的應(yīng)用。盡管CAN總線具有諸多優(yōu)點,但CAN總線不適合遠距離數(shù)據(jù)傳輸及遠程控制。而以太網(wǎng)穩(wěn)定的通信質(zhì)量、自糾錯功能以及開放性強、傳輸距離不受限制等優(yōu)點可以彌補CAN總線的缺點。并且以太網(wǎng)的特性也方便多個CAN網(wǎng)絡(luò)的信息大量集中后的管理。CAN總線與以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是一種CAN總線與以太網(wǎng)之間協(xié)議轉(zhuǎn)換的裝置,主要作用是實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種在硬件上雙路冗余熱備份的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)采用分離式多線程的設(shè)計方案,以ATMEL-SAM9X25為核心處理器,嵌入式Linux系統(tǒng)為平臺,設(shè)計了一種采用公共數(shù)據(jù)交互區(qū)的操作方法,將信息交互的熱備份冗余方式增加到4種。本文通過研究CAN總線基本原理,結(jié)合linux系統(tǒng)的特點,將整個設(shè)計方案分為CAN總線傳輸、以太網(wǎng)傳輸、公共數(shù)據(jù)交互區(qū)動態(tài)管理、故障監(jiān)測等多個部分。通過建立公共數(shù)據(jù)交互區(qū)以及公共信號量,使多個線程之間協(xié)同工作,提高了整個網(wǎng)關(guān)的實時性和可靠性,并增加了2種冗余方式。本文各個部分中：CAN總線傳輸部分實現(xiàn)了波特率設(shè)置、屏蔽碼設(shè)置以及數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)傳輸部分實現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸；公共數(shù)據(jù)交互區(qū)部分實現(xiàn)了互斥操作和動態(tài)管理；故障檢測部分中實現(xiàn)了CAN總線和以太網(wǎng)的故障檢測。本文在以太網(wǎng)傳輸中主要以TCP協(xié)議為主,同時支持UDP協(xié)議。在此之外,設(shè)計實現(xiàn)了用戶參數(shù)設(shè)置模式,通過賬戶密碼驗證可以設(shè)置網(wǎng)關(guān)的相關(guān)參數(shù)。最后通過Visual C++6.0開發(fā)PC端軟件對應(yīng)的動態(tài)鏈接庫。最后經(jīng)過實驗驗證,本文設(shè)計的網(wǎng)關(guān)可以完成協(xié)議轉(zhuǎn)換,監(jiān)測網(wǎng)關(guān)故障,通過4種冗余方式提高了可靠性,滿足船舶相關(guān)設(shè)備設(shè)計規(guī)范要求,同時也適用于自動控制的各個領(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：網(wǎng)關(guān) CAN總線 以太網(wǎng)通信 嵌入式Linux
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U665;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 船舶自動化網(wǎng)絡(luò)介紹及網(wǎng)關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的主要工作14
• 1.4 本文的章節(jié)安排14-16
• 第2章 CAN總線基本原理與網(wǎng)關(guān)的整體架構(gòu)設(shè)計16-30
• 2.1 CAN總線基本原理和幀格式16-21
• 2.1.1 CAN總線工作基本原理16-17
• 2.1.2 CAN總線報文幀格式17-21
• 2.2 網(wǎng)關(guān)的硬件介紹21-23
• 2.3 網(wǎng)關(guān)的框架設(shè)計23-30
• 第3章 網(wǎng)關(guān)各部分的具體設(shè)計與實現(xiàn)30-60
• 3.1 公共數(shù)據(jù)交互區(qū)模塊30-35
• 3.1.1 公共數(shù)據(jù)交互區(qū)模塊的創(chuàng)建30-31
• 3.1.2 公共數(shù)據(jù)交互區(qū)模塊的讀寫31-35
• 3.1.3 公共數(shù)據(jù)交互區(qū)的動態(tài)管理35
• 3.2 故障檢測模塊35-42
• 3.2.1 CAN總線錯誤處理35-36
• 3.2.2 CAN總線故障界定36-39
• 3.2.3 CAN總線故障檢測與判定39-41
• 3.2.4 以太網(wǎng)的故障檢測41-42
• 3.2.5 故障報錯42
• 3.3 CAN總線通信模塊42-48
• 3.3.1 CAN波特率的設(shè)置43-45
• 3.3.2 CAN總線的接收與發(fā)送45-48
• 3.4 以太網(wǎng)通信模塊48-55
• 3.4.1 雙網(wǎng)卡的設(shè)置與初始化48-51
• 3.4.2 以太網(wǎng)通信模式51-55
• 3.5 自動對時功能55-56
• 3.6 Windows環(huán)境動態(tài)鏈接庫的設(shè)計56-58
• 3.7 本章小結(jié)58-60
• 第4章 網(wǎng)關(guān)功能和性能的測試結(jié)果與分析60-72
• 4.1 網(wǎng)關(guān)功能測試結(jié)果與分析60-69
• 4.1.1 4種冗余方式的數(shù)據(jù)傳輸測試結(jié)果與分析60-64
• 4.1.2 公共數(shù)據(jù)交換區(qū)動態(tài)管理實驗結(jié)果與分析64-65
• 4.1.3 故障檢測與提示實驗結(jié)果與分析65-68
• 4.1.4 自動對時實驗結(jié)果與分析68-69
• 4.2 網(wǎng)關(guān)性能實驗結(jié)果與分析69-72
• 第5章 總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 作者簡介79

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