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基于以太网通信的专变采集终端研究与设计

作　者: 袁文华
导　师: 曾毅
学　校: 山东大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 以太网 ARM 电能信息采集 TCP/IP协议
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
引　用: 1次
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内容摘要

在电力用户用电信息采集系统中,专变采集终端是采集使用专用变压器的用户的用电信息的设备。它介于主站和采集点设备之间,它的良好性能直接关系到电力用户用电信息采集系统的正常运行。现有专变采集终端大多采用前后台系统,远程通信大多使用GPRS通信。本文受山东比亚科技有限公司委托,旨在实现一个具有轻便型操作系统的专变采集终端,它的远程通信方式为以太网通信。此专变采集终端的重要特点是它与主机的通信采用以太网方式。所以本文的第一个重点是用于以太网通信的TCP/IP协议栈的实现。有关TCP/IP协议栈的主要内容为：1、选择嵌入式TCP/IP协议栈,对选择的协议栈LwIP的代码按模块进行分析,以期深入了解LwIP协议栈的运行流程,并为下一步的改进作准备；2、针对专变采集终端对LwIP协议栈提出改进思路,包括传输队列的改进、ICMP协议路由重定向的改进、TCP拥塞控制算法的改进；3、编写LwIP操作系统模拟层代码,将LwIP协议栈移植到μC/OS-Ⅱ操作系统中；4、针对LPC2378的以太网控制器与物理层芯片DM9161A进行以太网驱动程序的编写；5、通过物理层与链路层测试、TCP传输测试等方法对以太网通信进行测试。本文的第二个重点是应用层软件的设计。本文根据μC/OS-Ⅱ应用层软件设计的原则与专变采集终端的功能对应用程序进行任务划分,确定各任务的优先级并画出了部分任务的流程图。另外,本文的内容还包括：介绍专变采集终端的硬件总体结构；画出部分模块的硬件电路图；建立以GCC编译器为核心、SmartARM2300开发板为基础的软件开发平台；建立基于LPC2378之上的μC/OS-Ⅱ操作系统。通过上述内容,本文完成了专变采集终端的主要部分的设计工作,并对核心的以太网通信部分进行了测试,测试结果表明,以太网通信能够成功建立。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-16
    1.1.1 专变采集终端在电能信息采集系统中的位置  13-14
    1.1.2 专变采集终端功能要求  14-15
    1.1.3 专变采集终端与主站远程通信方式  15-16
  1.2 课题研究意义  16
  1.3 本文研究内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章专变采集终端硬件设计  18-23
  2.1 主要模块的硬件选型  18-19
    2.1.1 嵌入式ARM微控制器LPC2378  18-19
    2.1.2 以太网物理层芯片DM9161A  19
  2.2 专变采集终端总体结构  19-20
  2.3 专变采集终端硬件电路  20-22
    2.3.1 显示、按键与指示灯模块  20
    2.3.2 以太网远程通信接口电路  20-22
    2.3.3 485通讯接口电路  22
  2.4 本章小结  22-23
第三章专变采集终端开发平台与操作系统  23-34
  3.1 专变采集终端软件开发平台  23-26
    3.1.1 SmartARM2300开发板  23
    3.1.2 Code::Blocks集成开发环境  23-24
    3.1.3 GNU ARM交叉编译工具链  24-25
    3.1.4 调试环境  25-26
  3.2 专变采集终端系统软件——μC/OS-Ⅱ操作系统  26
  3.3 μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2378上的移植  26-33
    3.3.1 Os_cpu.h  27-29
    3.3.2 Os_cpu-c.c  29-31
    3.3.3 Os_cpu_a.s  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章嵌入式TCP/IP协议栈LwIP的分析与改进  34-56
  4.1 嵌入式TCP/IP协议  34-37
    4.1.1 TCP/IP协议  34-35
    4.1.2 嵌入式TCP/IP协议栈  35-37
  4.2 开源TCP/IP协议栈LwIP分析  37-51
    4.2.1 LwIP简介  37
    4.2.2 LwIP进程模型与结构  37-38
    4.2.3 缓冲与内存管理  38-42
    4.2.4 链路层处理  42-43
    4.2.5 网络层处理  43-44
    4.2.6 TCP处理  44-49
    4.2.7 LwIP的API  49-51
  4.3 LwIP协议栈的改进思路  51-55
    4.3.1 传输队列的改进  51-52
    4.3.2 ICMP协议改进  52-55
    4.3.3 TCP拥塞控制算法的改进  55
  4.4 本章小结  55-56
第五章专变采集终端中LwIP的移植与以太网通信测试  56-74
  5.1 基于μC/OS-Ⅱ操作系统的LwIP移植  56-68
    5.1.1 操作系统模拟层的移植  56-59
    5.1.2 LPC2378的以太网控制器  59-63
    5.1.3 以太网驱动的编写  63-68
  5.2 以太网通信测试  68-73
    5.2.1 通信测试工具  68-69
    5.2.2 物理层与链路层测试  69-71
    5.2.3 ping测试  71
    5.2.4 TCP连接与数据传输测试  71-73
  5.3 本章小结  73-74
第六章专变采集终端应用层软件设计  74-86
  6.1 专变采集终端应用层软件任务划分  74-75
  6.2 任务优先级安排  75-77
  6.3 任务关联分析  77-81
    6.3.1 任务关联分析准则  77-78
    6.3.2 系统初始化任务与其它任务的关系  78
    6.3.3 规约解析任务与其它任务的关系  78-79
    6.3.4 数据处理任务与其它任务的关系  79-80
    6.3.5 LCD显示任务与其它任务的关系  80-81
  6.4 主要任务流程图  81-85
    6.4.1 规约解析任务  81-82
    6.4.2 电能表数据采集任务  82-83
    6.4.3 LCD显示任务与键盘任务  83-84
    6.4.4 数据处理任务  84-85
  6.5 本章小结  85-86
第七章总结与展望  86-88
  7.1 本文主要研究结果  86
  7.2 进一步研究方向  86-88
参考文献  88-90
致谢  90-91
硕士期间参加的科研工作  91-92
学位论文评阅及答辩情况表  92

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