基于UC/OSII的EtherCAT主站设计与实现

"本文的主要研究内容是关于 EtherCAT 协议在嵌入式平台上的应用，特别是在机场跑道边缘检测中的应用。作者通过开发基于 EtherCAT 的工业以太网协议栈软件，实现了 EtherCAT 主站和从站的通信。该研究选择了 UC/OSII 作为实时操作系统，构建了 EtherCAT 主站系统，并进行了详细的软件设计和硬件驱动开发。同时，该研究还涉及到 EtherCAT 的同步管理单元、数据帧结构、寻址方式以及 FMMU 的现场总线存储管理单元的原理。最后，通过实际的测试验证了主站代码的功能和性能。" 在本文的研究中， EtherCAT 协议是一个关键的技术点。EtherCAT，全称“Ethernet for Control Automation Technology”，是一种高性能的工业以太网标准，其在数据链路层采用了标准的 ISO/IEC802.3 以太网协议，而在网络层和传输层则使用专有的机制替代了传统的 TCP/IP 协议栈，从而实现更快的实时通信。研究者深入探讨了 EtherCAT 的主站和从站的构成，包括它们的拓扑结构，以及数据帧的结构，这涉及到报文的寻址方式和 FMMU（Fieldbus Memory Management Unit）的工作原理。FMMU 在 EtherCAT 中起着至关重要的作用，它负责处理逻辑地址到物理地址的映射，确保高效的数据传输。 在操作系统选择上，研究选择了 UC/OSII，这是一个流行的实时操作系统，适合用于嵌入式系统，特别是需要高度实时性和精确时间控制的场合。研究者基于 UC/OSII 设计并实现了 EtherCAT 主站系统的架构，包括网络接口卡驱动和高速定时器模块，以提供高实时性和时间精度的底层环境。 软件开发部分，研究者在嵌入式平台上开发了工业以太网软件，该软件能够支持阻塞和非阻塞通信，具有冗余功能，能够适应 EtherCAT 协议中的多种寻址方式和通信模式。软件设计上层面向应用层提供了 API 接口，使得上层应用可以方便地利用 EtherCAT 协议进行通信。 在测试阶段，研究者使用了倍福公司的 EtherCAT 从站设备对主站代码进行了验证，确保了主站平台的底层功能和性能符合预期。 这篇硕士学位论文详尽地研究了 EtherCAT 协议的实现，特别是在 UC/OSII 操作系统下的嵌入式应用，为机场跑道边缘检测等工业控制领域提供了高效的通信解决方案。通过深入理解 EtherCAT 协议的内在机制，以及在实时操作系统上的实践，该研究为工业以太网技术的应用提供了新的思路和实践经验。