基于CAN總線的工業(yè)測控通信系統(tǒng)的研究.pdf

1、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)自動化向網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展已成為必然的事實(shí),網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)因此成為計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域最具活力的一個分支?？刂凭W(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),始終是一個研究熱點(diǎn),控制網(wǎng)絡(luò)的變化決定網(wǎng)絡(luò)控制方式的轉(zhuǎn)變。目前,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了從集中式控制到集散型控制后,已進(jìn)入到現(xiàn)場總線控制階段。由于CAN總線具有結(jié)構(gòu)簡單、低成本、高可靠性、較高實(shí)時性、抗干擾能力強(qiáng)等突出的特點(diǎn),而成為40多種現(xiàn)場總線中應(yīng)用最為

2、廣泛的現(xiàn)場總線。但應(yīng)用CAN總線作為工業(yè)測控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)還存在兩個方面的問題。一是靜態(tài)優(yōu)先級分配策略,使得網(wǎng)絡(luò)資源的利用率低,容易造成迎面死鎖,從而難以滿足工業(yè)測控系統(tǒng)對精確性和實(shí)時性要求越來越高的需求。另一是CAN總線僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,這雖然使得CAN總線具有很強(qiáng)的開放性,但要進(jìn)行高效率的通信還需要進(jìn)一步定義應(yīng)用層協(xié)議。正是基于這樣一個背景,本文在研究改進(jìn)CAN總線的優(yōu)先級調(diào)度算法的基礎(chǔ)上,針對工業(yè)測控系統(tǒng)的特點(diǎn),開展CA

3、N應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計研究。
　　 本文在分析CAN總線通信協(xié)議原理、現(xiàn)有動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法的優(yōu)缺點(diǎn)與適應(yīng)性的基礎(chǔ)上,針對CAN總線固定優(yōu)先級容易造成死鎖和網(wǎng)絡(luò)資源利用率低等問題,在不改變CAN幀結(jié)構(gòu)的前提下,對其標(biāo)識符進(jìn)行了重新的定義,依據(jù)優(yōu)先級動態(tài)晉級原理,提出了BEWP動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法(BinaryExponentWeightPromotion,二進(jìn)制指數(shù)權(quán)值晉升)。并對該調(diào)度算法進(jìn)行了可調(diào)度性和延時分析。
　　 針對

4、CAN總線本身沒有應(yīng)用層協(xié)議和工業(yè)測控系統(tǒng)的特點(diǎn),本文為CAN總線設(shè)計了一個的應(yīng)用層協(xié)議——CMCP。在保證系統(tǒng)的兼容性的前提下,使得CAN總線的應(yīng)用更為靈活。并利用網(wǎng)絡(luò)仿真工具OPNET對CAN總線的通信協(xié)議進(jìn)行了建模與仿真,驗(yàn)證了協(xié)議的可行性。
　　 以CAN總線通信協(xié)議原理為基礎(chǔ),結(jié)合本文提出的BEWP動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法和設(shè)計的CMCP應(yīng)用層協(xié)議,分別從硬件和軟件兩方面對工業(yè)測控通信系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計,為搭建工業(yè)測控通信系統(tǒng)奠