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《基于fpga的實時運動控制網(wǎng)絡研究與實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、上海交通大學碩士學位論文基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡研究與實現(xiàn)碩士研究生：丁懋卿學號：1100209008導師：熊振華教授申請學位：工學碩士學科：機械工程所在單位：機械與動力工程學院答辯日期：2013年2月授予學位單位：上海交通大學萬方數(shù)據(jù)DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHANDREALIZATIONOFFPGA-BASEDREAL-TIMEMOTIONCONTROLNETW
2、ORKSCandidate：DingMaoqingStudentID:1100209008Supervisor：Prof.XiongZhenhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2013Degree-Conferring-Institution：Shanghai
3、JiaoTongUniversity萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)上海交通大學碩士學位論文基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡研究與實現(xiàn)摘要隨著人們對多軸協(xié)同控制和網(wǎng)絡化制造需求的不斷提高以及以太網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和完善，網(wǎng)絡化的運動控制系統(tǒng)正成為運動控制領域的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡化運動控制系統(tǒng)要求數(shù)十甚至數(shù)百個站點能夠高精度協(xié)同運動，這對運動控制網(wǎng)絡的實時性和站點之間的時鐘同步特性提出了嚴格要求。早期的運動控制網(wǎng)絡在應用層對從站數(shù)據(jù)進行處理，單個從站延時達到數(shù)十微秒，很難滿足高精度運動控制的實時性要求，而目前在實
4、時性上表現(xiàn)突出的運動控制網(wǎng)絡大多采用專用硬件實現(xiàn)，難以集成到現(xiàn)有的基于DSP+FPGA的運動控制系統(tǒng)中。本文提出了一種基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡。該實時運動控制網(wǎng)絡采用分層通信體系，在現(xiàn)場設備層開發(fā)了基于FPGA的實時以太網(wǎng)協(xié)議，實現(xiàn)了主站與從站的實時通信。在實時性方面，該協(xié)議采用硬件處理數(shù)據(jù)的方式，在FPGA上構建協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層并將從站數(shù)據(jù)的處理和轉發(fā)由應用層下移到數(shù)據(jù)鏈路層完成，有效地減小了從站延時，提高了現(xiàn)場設備層的通信實時性。在同步性方面，該協(xié)議采用IEEE1588透明時鐘模式實現(xiàn)
5、各從站與主站的時鐘同步，同步精度達到亞微秒級。在過程監(jiān)控層，基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡采用Winpcap在數(shù)據(jù)鏈路層監(jiān)聽和接收原始數(shù)據(jù)，用以太網(wǎng)通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PCI或ISA等計算機總線方式實現(xiàn)了過程監(jiān)控層和現(xiàn)場設備層的信息交互，實現(xiàn)了以太網(wǎng)通信方式的“一網(wǎng)到底”。為方便用戶對現(xiàn)場設備層進行調試和監(jiān)控，本設計還開發(fā)了過程監(jiān)控層調試軟件，該軟件采用VisualC++6.0編寫，實現(xiàn)了現(xiàn)場設備層初始化以及對通信實時性、時鐘同步性能和運動控制相關參數(shù)的監(jiān)控等功能。I萬方數(shù)據(jù)上海交通大學碩士學位論文論
6、文最后采用基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡搭建了通信試驗平臺，對現(xiàn)場設備層的實時性和同步性、過程監(jiān)控層和現(xiàn)場設備層之間的以太網(wǎng)通信進行了測試。測試結果表明基于FPGA的實時運動控制網(wǎng)絡單個從站延時小于2微秒，時鐘同步精度達到亞微秒級，過程監(jiān)控層與現(xiàn)場設備層之間的以太網(wǎng)通信能夠滿足調試和監(jiān)控的需要。關鍵詞：運動控制網(wǎng)絡，實時以太網(wǎng)，實時性，時鐘同步，F(xiàn)PGA，WinpcapII萬方數(shù)據(jù)上海交通大學碩士學位論文RESEARCHANDREALIZATIONOFFPGA-BASEDREAL-TIMEMOT
7、IONCONTROLNETWORKSABSTRACTWiththegrowingrequirementsinmulti-axiscoordinatedmotionandnetworkedmanufacturing,aswellasthedevelopmentofEthernettechnology,networkedmotioncontrolsystems(NMCSs)havebecomeadevelopmenttrendinindustrialautomationfield.However,d
8、ozensorevenhundredsofstationsmustbeabletodocoordinatedmotioninNMCSs,whichproposedstrictrequirementsofreal-timecommunicationandclocksynchronizationformotioncontrolnetworks(MCNs).ThetraditionalMCNsfinishtheprocessingofdatapacketsinapplicationlayerandth
