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1、分类号 密 级 U D C 学 位 论 文基于工业以太网的嵌入式监控系统的设计与实现作 者 姓 名 ：陈 军指 导 教 师 ：邓庆绪 副教授 东北大学计算机软件与理论研究所申请学位级别：硕士学 科 类 别 ：工学学科专业名称：计算机系统结构论文提交日期：2007年12月20日论文答辩日期：2008年1月27日学位授予日期：答辩委员会主席：评 阅 人 ：东 北 大 学2008年1月A Thesis for the Degree of Master in Computer ArchitectureDesign and Implementation of Embedded Monitoring Sy
2、stem Based on Industrial Ethernetby Chen JunSupervisor : Associate Professor Deng QingxuNortheastern UniversityJanuary 2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名 ： 签 字 日 期 ： 学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指
3、导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意)学位论文作者签名 ： 导 师 签 名 ： 签 字 日 期 ： 签 字 日 期 ：V东北大学硕士学位论文摘 要基于工业以太网的嵌入式监控系统的设计与实现摘 要随着信息技术的发展，工业控制网络正逐步朝着数字化、开放化、分散化的方向发展。工业以太网作为一种新型控制技术，具有开放性好、结构简单、速度快、兼容性强、易扩展和成本低等优点，受到
4、了工业控制领域的青睐，并获得广泛应用。它实现了自动控制技术和信息网络技术的融合，为企业办公自动化与生产自动化的无缝结合提供了契机。同时，随着嵌入式系统在工业领域的广泛应用，嵌入式技术和工业以太网技术相结合已成为一大发展趋势。因此研究基于工业以太网的嵌入式监控系统是具有重要的现实意义。本文主要研究了嵌入式工业以太网控制器和简单网络管理协议的相关技术，设计和实现了一个基于工业以太网的对设备节点具有信息检索、修改和故障诊断功能的嵌入式远程监控系统。论文首先简要介绍了网络控制系统的组成和发展，阐述了研究的意义所在。接着描述了工业以太网的发展，分析了工业以太网的优势和存在的问题以及工业以太网的通信原理和
5、协议体系结构，研究了网络底层接口的工作原理，实现了由微处理器S3C44B0X和网络芯片RTL8019AS构成的嵌入式工业以太网络控制器，并设计了基于实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈的软件平台方案。在此基础上，探讨了用于监控工业设备的嵌入式SNMP代理的实现技术，设计并实现了该代理的各个组成部分，即网络通信模块、编码解码模块、消息处理模块、Trap模块和MIB访问模块，给出了SNMP代理扩展的步骤和方法。最后对系统进行了相关测试，并对结果进行了分析，同时提出下一步需要完善的工作。关键词：工业以太网；嵌入式系统；工业以太网控制器；简单网络管理协议；嵌入式SNMP代理东北大学硕士学位论文Abs
6、tractDesign and Implementation of Embedded Monitoring System Based on Industrial EthernetAbstractWith the development of information technology, industrial control network is becoming digital, open and decentralized. Industrial Ethernet, as a new control technology, has a lot of merits, such as good
7、 openness, simple structure, quick speed, good compatibility, easy expansibility, low costs and so on. It has been widely used in industrial control field. The automatic control technology and information network technology are integrated via industrial Ethernet, which provides a chance for integrat
8、ion between enterprise office automation and factory automation. Meanwhile, the embedded system is being widely used in industry field. The production combining with embedded technology and industrial Ethernet is very popular and has a bright future. So, it is important to investigate and develop an
9、 intellectualized embedded monitoring system based on the industrial Ethernet.The main techniques in industrial Ethernet and simple network management protocol are introduced in this thesis, and an embedded monitoring system based on the industrial Ethernet is designed and implemented, which has the
10、 functions of information retrieval, modification and fault diagnosis. First, the history and the structure of the networked control system are presented in this thesis. Meanwhile, the significance of research is expressed. Then the development direction of industrial Ethernet are described, the adv
11、antage and disadvantage of industrial Ethernet, the communication theory and the protocol architecture of industrial Ethernet are analyzed. The working principle of network bottom interface is studied, and an embedded industrial Ethernet controller composed of the micro-processor S3C44B0X and the ne
12、twork chip RTL8019AS is designed. At the same time, the software solution based on real-time operating system and embedded TCP/IP protocol is provided. The implementation technique of monitoring and management system based on the embedded SNMP is researched. The design and implementation of all part
13、s including network service module, encode and decode module, message handling module, Trap module and MBI access module is discussed detailedly. The process and method of extending SNMP agent is introduced. Tests are carried out and the performance of this system is analyzed based on these tests. C
14、onclusion and future work are given in the last part of this thesis.Keywords：Industrial Ethernet; Embedded System; Industrial Ethernet Controller; Simple Network Management Protocol; Embedded SNMP Agent东北大学硕士学位论文目 录目 录独创性声明I摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪 论11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 网络控制系统结构概述21.4 论文内容及安排4第二章 相关技
15、术介绍52.1 以太网技术概述52.2 工业以太网相关技术52.2.1 工业以太网介绍52.2.2 工业以太网通信原理72.2.3 工业以太网协议体系72.3 嵌入式系统122.3.1 嵌入式系统综述122.3.2 嵌入式系统的组成132.4 本章小结15第三章 工业以太网控制器的设计173.1 工业以太网控制器硬件设计173.1.1 硬件选型173.1.2 硬件平台总体设计203.2 工业以太网控制器软件设计213.2.1 实时操作系统的移植223.2.2 网卡驱动程序的设计263.2.3 嵌入式TCP/IP协议栈的移植273.3 本章小结30第四章 嵌入式监控系统的设计与实现314.1 SNMP概述314.1.1 SNMP的发展314.1.2 SNMP的管理模型314.2 E-SNMP代理的开发324.2.1 E-S
