基于DeviceNet现场总线的即插即用技术的研究与实现
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摘要
DeviceNet总线是一种基于CAN总线技术的符合全球工业标准的通信网络。同时,它还是一个开放的网络标准,其规范和协议都是开放的,具有良好的互换性,使得不同供货商的产品可以互换[1],在工业控制领域具有广阔的前景。
μC/OS-Ⅱ是一个基于抢占式的实时多任务内核。采用μC/OS-Ⅱ作为软件运行的平台,能够实现资源复用,便于嵌入式系统的开发与维护。应用软件在实时内核的统一管理下协调工作,能够高效地实现任务切换、任务调度、任务间通信、实时时钟管理、中断管理等功能。此外,μC/OS-Ⅱ源码公开,主要采用C语言编写,可移植性强,在工业自动化控制中的应用越来越多。
即插即用技术已经被用于多个领域。采用即插即用技术,可以使用户在系统正常运行时插入或删除设备[2],合理分配系统资源。即插即用技术的优点可以表现在以下两个方面:第一,容易安装和配置新设备;第二,使在线动态配置成为可能,减少停机时间。
本论文首先对CAN和DeviceNet现场总线的概念、特点、发展现状做了简要的介绍,并阐述了论文研究的内容和意义;接着介绍了论文涉及的相关技术,包括ARM技术、基于ARM7硬件平台的μC/OS-Ⅱ系统移植、DeviceNet协议和即插即用技术;然后给出了本课题的总体设计方案,根据功能不同将系统分为基于主站的即插即用模块和基于从站的即插即用模块两部分进行设计;接着介绍了该设计方案的具体实现。在实现中,首先移植μC/OS-Ⅱ系统到ARM上,给出了基于主站和从站的即插即用功能模块实现的程序流程图及主要功能函数;最后通过联机调试,得出一系列程序运行跟踪图,验证了在μC/OS-Ⅱ系统上实现的基于DeviceNet总线的即插即用功能的正确性。
DeviceNet is a kind of fieldbus based on CAN bus which is in line with the global industry-standard. It is also an open network standards with open norms and protocols. Consequently, the DeviceNet fieldbus can make different suppliers interchange their products expediently. The DeviceNet fieldbus has broad prospects in the industrial control field.
TheμC/OS-Ⅱis a preemptive real-time kernel based on multi-tasks. It will be easy to reuse the resources and simplize the development and maintenance of the embedded system usingμC/OS-Ⅱas software platform .The applications in the charge of the real-time kernel can realize efficient task switching, task scheduling, communications, the real-time clock management, interrupt management and so on. In addition, theμC/OS-Ⅱsource code is public, mainly using C language. It will be used more and more in industrial automation control areas.
Plug-and-play technology has been used in many areas. By using plug-and-play technology, users can insert or delete the equipment when the system in normal operation and allocate the system resources rationally. There are many advantages of plug-and-play technology: install and configure new equipment easily; enable dynamic configure and reduce downtime.
Firstly, this thesis makes a brief introduction to the concepts and characteristics of the DeviceNet and CAN fieldbus. It also expounds on the content and signification of this thesis; Secondly, this thesis introduces the relevant technologies.Thirdly, it gives the design of this subject. According to the differences of function, it divides into the plug-and-play based on Master module and the plug-and-play based on the slave module; Fourthly, the thesis details the specific implementation of this design. At last, specifies running programme tracement diagram is given to test the implemention of the Plug-and-play Technology Based on DeviceNet Fieldbus.
μC/OS-Ⅱ是一个基于抢占式的实时多任务内核。采用μC/OS-Ⅱ作为软件运行的平台,能够实现资源复用,便于嵌入式系统的开发与维护。应用软件在实时内核的统一管理下协调工作,能够高效地实现任务切换、任务调度、任务间通信、实时时钟管理、中断管理等功能。此外,μC/OS-Ⅱ源码公开,主要采用C语言编写,可移植性强,在工业自动化控制中的应用越来越多。
即插即用技术已经被用于多个领域。采用即插即用技术,可以使用户在系统正常运行时插入或删除设备[2],合理分配系统资源。即插即用技术的优点可以表现在以下两个方面:第一,容易安装和配置新设备;第二,使在线动态配置成为可能,减少停机时间。
本论文首先对CAN和DeviceNet现场总线的概念、特点、发展现状做了简要的介绍,并阐述了论文研究的内容和意义;接着介绍了论文涉及的相关技术,包括ARM技术、基于ARM7硬件平台的μC/OS-Ⅱ系统移植、DeviceNet协议和即插即用技术;然后给出了本课题的总体设计方案,根据功能不同将系统分为基于主站的即插即用模块和基于从站的即插即用模块两部分进行设计;接着介绍了该设计方案的具体实现。在实现中,首先移植μC/OS-Ⅱ系统到ARM上,给出了基于主站和从站的即插即用功能模块实现的程序流程图及主要功能函数;最后通过联机调试,得出一系列程序运行跟踪图,验证了在μC/OS-Ⅱ系统上实现的基于DeviceNet总线的即插即用功能的正确性。
DeviceNet is a kind of fieldbus based on CAN bus which is in line with the global industry-standard. It is also an open network standards with open norms and protocols. Consequently, the DeviceNet fieldbus can make different suppliers interchange their products expediently. The DeviceNet fieldbus has broad prospects in the industrial control field.
TheμC/OS-Ⅱis a preemptive real-time kernel based on multi-tasks. It will be easy to reuse the resources and simplize the development and maintenance of the embedded system usingμC/OS-Ⅱas software platform .The applications in the charge of the real-time kernel can realize efficient task switching, task scheduling, communications, the real-time clock management, interrupt management and so on. In addition, theμC/OS-Ⅱsource code is public, mainly using C language. It will be used more and more in industrial automation control areas.
Plug-and-play technology has been used in many areas. By using plug-and-play technology, users can insert or delete the equipment when the system in normal operation and allocate the system resources rationally. There are many advantages of plug-and-play technology: install and configure new equipment easily; enable dynamic configure and reduce downtime.
Firstly, this thesis makes a brief introduction to the concepts and characteristics of the DeviceNet and CAN fieldbus. It also expounds on the content and signification of this thesis; Secondly, this thesis introduces the relevant technologies.Thirdly, it gives the design of this subject. According to the differences of function, it divides into the plug-and-play based on Master module and the plug-and-play based on the slave module; Fourthly, the thesis details the specific implementation of this design. At last, specifies running programme tracement diagram is given to test the implemention of the Plug-and-play Technology Based on DeviceNet Fieldbus.
引文
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[2] Simone Corbellini，Marco Parvis and Alberto Vallan. Plug&Play Architecture forLow-Power Measurement Systems. Instrumentation and Measurement TechnologyConference[C] .2005 : 565:569
[3]夏继强郉春香.现场总线工业控制网络技术[M].北京航空航天大学出版社，2005：98-283
[4] Rubio Benito，Fuertes，Kahoraho，Perez Arzoz .Performance Evaluation offour fieldbuses，IEEE，1999:881-890.
[5]佟为明，陈向阳等. DeviceNet现场总线技术[J].微处理机，2002.2，(1):1-3.
[6] <>（版本2.0）勘误表4，Open DeviceNet VendorAssociation.2002年.
[7] http://www.ra.rockwell.com/networks/mjengineering.html
[8]王庆祎，陈曦，刘鲁源.提高移植了μC/OS-II的ARM嵌入式系统执行效率和实时性[J].计算机工程与应用，2005，第22卷:94-95
[9]李明.μC/OS-II在ARM上的移植[J].电子设计应用，2003，第4卷:p4
[10]杜春雷. ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社，2003.2.
[11] Andrew N.Sloss and Dominic Symes.沈建华译. ARM嵌入式系统开发---软件设计与优化[M].北京航空航天大学出版社，2006
[12]张念淮，江浩.usb总线接口开发指南[M].国防工业出版社，2002.1
[13]佟为明，陈向阳等. DeviceNet现场总线技术[J].微处理机，2002.2，(1):1-3.
[14]低压开关设备和控制设备器——设备接口(CDI)第3部分：DeviceNet[S].中国标准出版社2003：6-50
[15]夏德海.现场总线技术[M].中国电力出版社，2004.2
[16] Jean J Labrosse.邵贝贝等译.嵌入式实时操作系统μC/OS-II(第2版)[M].航空航天大学出版社，2003.5.
[17]阳宪惠，徐用懋，魏庆福.现场总线技术及其应用[M].清华大学出版社，1999.6.
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[19] UM10211 LPC2364/6/8/78 User Manual.Rev.01-6 October 2006.Philips Semiconductors.
[20]林福伙.面向对象的有限状态机设计实例[J].现代计算机，2001，(119):87-88.
[21] Erkki Harjula1，Mika Ylianttila1，Jussi Ala-Kurikka1，Jukka Riekki2，JaakkoSauvola1.Plug-and-Play Appl wards Mobile Peer-to-Peer. ACM ternational Conference Proceeding Series; Vol. 83
[22]王桂荣,钱剑敏. CAN总线和基于CAN总线的高层协议[J].计算机测量与控制,2003,II(5):391-394.
[23]高军，刘晓莉，赵延明.基于LPC2368的以太网与CAN总线互联网关的设计[J].工业控制计算机.2007年20卷第8期
[24]郭迪，郭和平.基于DeviceNet协议的CAN总线交流伺服系统接口设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2008，(04)
[25]佟为明，熊峰. DeviceNet通信过程的实验研究[J].低压电器，2008，(19) .
[26]张永德，刘乙奇.基于ARM的DeviceNet一体化适配器开发[J].测控技术，2008年第27卷第12期
[27]黄涛，徐宏喆，陈宁，聂科峰.嵌入式实时操作系统移植技术的分析与应用[J].计算机应用，2003，(09)
[28]张静，张凯.实时操作系统μC/OS一11在ARM7上移植的研究与实现.计算机工程与应用.2004.4:100-102
[29]魏震，陈旻，谢剑英.deviceNet总线应用层协议的实现[J].自动化与仪表.2001.1:15-17
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