嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制方案的研究(2)

2012年05月30日 11:12 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:秩名 我要評論(0)

  RJ45為此系統(tǒng)與局域網(wǎng)的接口。數(shù)據(jù)的流向為:請求信息從局域網(wǎng)中來,通過RJ45送到網(wǎng)卡控制芯片,處理后05的數(shù)據(jù)包送入單片機協(xié)議棧,由協(xié)議棧對數(shù)據(jù)包進行解析,得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過單片機的處理,產(chǎn)生回復信息?;貜托畔⒌骄钟蚓W(wǎng)的過程與上面正好相反。

  接口控制模塊的特點:

  1.不依賴PC機或高檔單片機,真正實現(xiàn)8b單片機系統(tǒng)直接接入Internet,整個系統(tǒng)完全自給自足。

  2.使用外圍器件少,系統(tǒng)成本低。

  3.支持IP、TCP、UDP、ICMP、HTTP、SMTP協(xié)議。

  4.系統(tǒng)提供10/100 Base-T網(wǎng)絡(luò)接口,直接支持EthernetIEEE802.3協(xié)議。

  5.通過系統(tǒng)內(nèi)置的RS232串行接口、支持Web頁面下載功能,可以實時、動態(tài)顯示并控制監(jiān)控點數(shù)據(jù)。

 ?。ㄈ┮蕴W(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)

  以太網(wǎng)是按照局域網(wǎng)的要求設(shè)計的。以太網(wǎng)標準(IEEE802.3)定義了OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在物理層定義了電纜類型、連接器和信號電平;數(shù)據(jù)鏈路層定義了幀格式、差錯控制方式、信道分配方法等。但以太網(wǎng)不能完成OSI模型第3層以上的功能,從這個意義上來說,他不屬于完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如何在現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上實現(xiàn)OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層以及應用層,才是解決問題的關(guān)鍵所在。

  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實現(xiàn)原理如圖3所示。

  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實現(xiàn)原理

  圖3中的軟件協(xié)議棧都用單片機語言編寫,存儲在單片機的Flash程序存儲器中。國內(nèi)外不同廠家紛紛針對自己的以太網(wǎng)產(chǎn)品推出了不同的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議??偟膩碚f,協(xié)議開發(fā)都集中在以下三個方面:

  1.網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

  網(wǎng)絡(luò)層主要處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動,例如分組的選擇、路由的確定。包括:IP協(xié)議(網(wǎng)際協(xié)議)、ICMP協(xié)議(Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議)以及IGMP協(xié)議(Internet組管理協(xié)議)。IP協(xié)議是主要應用對象。Internet中所有的數(shù)據(jù)都是以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸,其最大特點是提供不可靠和無連接的數(shù)據(jù)報傳送服務(wù)。

  在嵌入式控制模塊中開發(fā)協(xié)議棧,IP層的實現(xiàn)就是把要發(fā)送出去的消息進行IP打包,即加上IP包頭,使之符合IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送到物理層;將接收到的來自物理層的數(shù)據(jù)包進行IP解包,即去掉包頭,送到TCP層。

  2.傳輸層協(xié)議

  TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)流傳送服務(wù),一旦數(shù)據(jù)報被破壞或丟失,則由TCP將其重新傳輸。在嵌入式模塊協(xié)議棧中,對TCP層的實現(xiàn)是通過提供的TCPAPI(應用程序接口)來實現(xiàn)的。

  3.應用層協(xié)議

  HTTP是WWW上的協(xié)議。當用戶要瀏覽服務(wù)器上的一個網(wǎng)頁時,HTTP請求就會從用戶的瀏覽器發(fā)送到HTTP服務(wù)器。服務(wù)器響應這個請求,把指定的網(wǎng)頁傳送回來,用戶才看到了網(wǎng)頁。因為HTTP層的下面是TCP層,也就是說HTTP把TCP作為他的傳輸協(xié)議,所以上述兩個TCP連接也為WebServer所用。理所當然,TCPAPI的發(fā)送和接收函數(shù)也用來實行WebServer的請求及相應命令,完成數(shù)據(jù)傳輸。

  在控制模塊中,可以用HTTP協(xié)議構(gòu)造Web服務(wù)器,用SMTP協(xié)議構(gòu)造郵件服務(wù)的客戶端,用PPP協(xié)議構(gòu)造點到點的系統(tǒng),最終建立C/S模型。所有的服務(wù)器資源都存放在外部存儲器(E2PROM)中,他的容量決定了WebServer的資源文件的大小。HTTP使用統(tǒng)一資源定位器來指定返回給客戶端的網(wǎng)絡(luò)資源(如HTML、文本文檔、圖像、Java腳本、Java applet、PDF文檔等)。網(wǎng)絡(luò)中任何類型Web服務(wù)器都可與之進行交互式通信,實現(xiàn)遠程、實時控制。

 ?。ㄋ模┫到y(tǒng)應用平臺的開發(fā)

  工業(yè)控制應用軟件的開發(fā),主要是基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),控制底層通過建立智能節(jié)點模塊實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的收集并建立Web資源服務(wù)器,客戶端只需要通過瀏覽器即可實時讀取到其中的數(shù)據(jù),并可將控制命令傳達。這種應用系統(tǒng)的重點在于底層服務(wù)器的開發(fā)。同時,系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計,具有良好的擴展性和互聯(lián)性,帶有參數(shù)集中顯示、數(shù)據(jù)實時查詢等功能,還有所有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)所帶來的特殊功能如:控制模塊自動切換、網(wǎng)絡(luò)故障檢測、資源共享等。

  三、結(jié)語

  網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展深刻影響著工業(yè)自動化技術(shù)的變革。嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)這種高度開放、使用靈活方便、功能強大的新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將會以非常高的效率把企業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備層、控制層以及管理層連接在一起,形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動化為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。他必將滲透到機械制造、汽車制造、半導體制造、石油化工等制造業(yè)的各個方面,同時也將廣泛運用于樓宇自控、電力系統(tǒng)監(jiān)控、機器人控制、紡織包裝、印刷等一切需要數(shù)字信息交換與集成的領(lǐng)域。因此,以工業(yè)以太網(wǎng)作為一種全新的“現(xiàn)場總線”是未來工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。他實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備層與企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)(Intranet)的無縫連接,在建立起一個真正統(tǒng)一的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的同時,把開放性的思想在更高程度上運用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

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