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随着信息技术的发展,互联网技术已经逐渐深入到人们生活的每一个角落。以太网作为一种已经成熟的网络也已得到了广泛的应用,其TCP/IP协议已成为互联网事实上的标准协议。
在工业控制领域,虽然传统的现场总线技术仍占主流,但由于其自身技术的限制(如,各总线技术不兼容,成本高等)已很难取得更为长远的发展。与现场总线相比,以太网由于其标准的统一、易于扩展兼容、较低的成本、较高的通讯速度、易于整合到企业级网络等原因,逐渐在工控领域被广泛应用。同时,近年来嵌入式技术正在迅速地得到普及,广泛应用于消费电子、工控领域等。因此在嵌入式系统上实现以太网监测已经成为近年来比较热门的研究课题。
嵌入式微处理器种类有很多,其中最流行的便是ARM处理器。ARM是业界领先的16/32位嵌入式RISC处理器技术,它设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。它可为一个完整系统的开发提供全面的技术支持,具有性能高、成本低和功耗低的特点。ARM处理器还具有体积小,速度快,I/O口丰富,可靠性高等优点。
近年来,我国经济增长方式逐渐从粗放型向集约型转变,高科技产业将会有高速的发展,目前我国工业以太网技术的研究也取得了不小的成绩,很多方面都走在了世界的前列。
在这样的背景下,本文通过研究嵌入式以太网技术,以一种新型的ARM7芯片LPC2468与以太网控制芯片RTL8019AS结合的独特方案,再辅以其它扩展模块,最终实现了嵌入式以太网远程监测。以该技术为核心研制而成的录波仪取得了比较好的应用效果。该项成果已经得到了市场一定的认可。
课题的主要研究内容如下:
第一章:首先介绍现场总线和以太网技术的发展现状,以及以太网应用于工业控制的可行性和以太网相对于现场总线的优势;其次介绍嵌入式系统的特点和发展现状,以及嵌入式以太网的研究意义;最后给出本课题的研究目标和任务。
第二章:围绕课题的任务要求,通过查阅研究各种技术资料,以研制基于嵌入式以太网技术的远程数据监测系统“录波仪”为目标,完成了系统的硬件设计,包括网卡设计、前端AD采集电路设计、SD存储电路设计等等。
第三章:介绍嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ内核原理,详细阐述了μC/OS-Ⅱ内核的移植流程,以及将其移植到LPC2468的流程。
第四章:介绍了TCP/IP标准以太网协议。重点论述了TCP/IP协议的功能和如何嵌入,给出了ARP、ICMP、UDP、TCP协议的嵌入设计;论述了网络接口卡的驱动程序的设计;论述了底层ARM设备应用程序的设计,包括诸多功能,如用户测试功能、设置功能、信息浏览功能、信号分析功能等;介绍了远程PC机的以太网监测软件的设计原理,阐明了其工作流程,介绍了LabVIEW的网络编程思想。最后阐述了调试方法和调试工具的重要性。
第五章:总结了课题设计所取得的成绩,给出了心得体会,并且对课题以后的扩展研究作了一定的分析与展望。