具有网络协议功能的嵌入式控制系统研究

随着信息技术的发展,嵌入式计算机系统以其实时性、可靠性、低成本正在工业自动化控制领域得到广泛的应用,嵌入式系统进行网络互联的要求也随之产生。以太网作为目前最常用的网络,而TCP/IP协议是最常用的通讯协议,将这两种技术应用于嵌入式实时控制系统领域,使得嵌入式系统和计算机网络的主流技术很好地融合起来,可以极大地促进和加速嵌入式系统在工业控制、农业生产、智能测试和家庭网络这些领域的广泛应用。同时嵌入式系统和计算机网络主流技术的融合可以最大限度地提高产品开发的效率、减少资源的浪费,满足日益复杂的应用需求。本文对嵌入式系统和嵌入式TCP/IP协议进行了细致的总结和研究,成功地开发出了一个实现了语音数据采集和发送功能的嵌入式以太网应用平台。 本文首先考察了国内外嵌入式系统的发展情况和研究动态,对工业以太网和嵌入式TCP/IP的现状和发展趋势作了介绍,通过比较最后确定了以数字信号处理器(DSP)为核心处理器并实现嵌入式TCP/IP的嵌入式平台设计方案。 为了提高整个平台的实时响应性能和信号处理能力,本文在硬件设计上采用了DSP和CPLD技术,使得系统的集成化程度和可靠性得到显著提高。本文详细介绍了硬件系统的构成、功能和以太网控制器RTL8019AS的驱动方式,并对本文设计和开发的语音终端包含的网络模块、语音处理模块和逻辑控制模块的设计原理和便件实现进行了重点分析。 在软件设计上,着重分析和阐述了嵌入式TCP/IP协议栈的构成、每个协议的内容、实现这些协议的各个程序模块以及其中关键的编程细节等,并配有程序流程图加以详细说明。 最后,我们将该系统的软件和硬件开发进行了集成,重点介绍了该系统平台的主要工作方式、详细的数据流程,系统的工作程序,以及上位机上开发的语音测试程序。通过在该开发平台上实现的通过以太网和上位PC机的语音数据传输,完成了数据采集和控制的基本功能,达到了设计的要求。在开发和测试该开发平台的基础上,本文对各个协议层的测试模型和测试结果进行了阐述,并对语音数据传输质量进行了分析。实验证明以DSP和嵌入式TCP/IP相结合的开发平台可以满足实时数据采集和控制的需求。