工业以太网EtherCAT冗余和热插拔技术

EtherCAT是一种实时工业以太网协议,使用冗余技术是实现热插拔和提高通信可靠性的重要手段.首先介绍了实时工业以太网EtherCAT的组成、工作原理和报文结构,研究了使用环型网络拓扑结构实现基于EtherCAT的工业自动化控制系统故障容错及热插拔技术,分别规划了在网口故障、链路故障和节点故障时冗余帧传播机制、故障点定位和恢复策略.开发了链路冗余EtherCAT主站驱动程序,将常规EtherCAT主站驱动程序做了修改,加入链路冗余机制,对上层应用屏蔽了冗余信息和操作.最后完成了冗余和热插拔的性能测试实验,结果表明系统性能优越,运行稳定.     

实时工业以太网EtherCAT时序特性分析系统

分析了实时工业以太网的特点,提出一种时序特性分析系统,该系统硬件部分包括数据侦听器和监听计算机;软件部分是安装在监听计算机上的时序分析仪.数据侦听器是以现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)为核心的硬件单元,主要功能是捕捉被监听链路上的数据帧,提取并封装原始帧的信息生成一个Probe帧,随后转发原始帧和Probe帧到监听计算机.Probe帧是提出的一种专门用于实时工业以太网时序和功能分析的以太网数据帧.时序分析仪解析Probe帧中封装的信息,按照用户设置进行计算统计后,以图形化的方式显示分析结果.最后,构建基于实时工业以太网EtherCAT的实验系统进行功能验证.实验结果表明,时序特性分析系统能够完成对实时工业以太网数据的在线捕捉和离线分析,并能清晰、直观的显示被监听链路和器件时序特性的解析结果.     

基于STM32和ET1100的无刷直流电机控制器设计

利用STM32的控制性能和丰富外设，采用模块化方法设计了一款基于STM32ZET6单片机和ET1100专用以太网芯片的、具有工业以太网功能的无刷直流电机控制器。在设计中,以STM32ZET6作为微处理器，采用了IR2136驱动芯片及ET1100工业以太网芯片，分别实现了对无刷直流电机的调速功能，以及对上位机的EtherCAT通信功能。针对传统设计中SPI串行接口未能充分发挥工业以太网的优越性能的问题，设计中利用STM32ZET6特有的FSMC机制实现了EtherCAT模块的并行接口设计，使系统的实时性能有了很大提升。该控制器设计成本低、集成度高、实时性强，特别适用于工业领域。     

基于Web的报表工具的设计与实现

基于Web的报表是企业信息系统报表应用的发展方向.目前大部分报表工具仅局限于两层客户/服务器应用,不支持Intranet/Internet,使用繁琐,开发难度大.在研究最新的Web数据库集成技术的基础上,提出了采用标准构件技术的Web报表工具实现方案,并着重阐述了几个关键技术,如:客户端和服务器的通讯机制、数据库访问接口策略、基于XML的通讯报文设计等.该工具对企业信息系统的Web报表开发有很大意义.      

一种面向最终用户的图形建模语言规范

图形语言形式化描述体系由于需要一定的理论背景而不适于最终用户,为了满足最终用户对领域建模语言进行规范描述的需求,提出了一种可以描述图形语言二维语法结构的语言(EUVDL,End-User Visual Definition Language),分别从设计范型、抽象语法和具体语法3个方面考虑了最终用户的支持,并且给出支持最终用户使用的具体设计策略、设计了基于EUVDL的图形建模语言环境开发平台.通过和其他图形语言描述方法的比较以及实例演示,可以看出利用EUVDL描述图形建模语言具有语法结构简单、描述能力较强、支持描述重用的特点,适于最终用户使用.      

基于离散事件方法的AFDX建模与仿真

采用了建模仿真的方法来分析航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex switched ethernet)协议.通过对AFDX协议的抽象,基于离散事件的建模方法,以基本的网络元素来抽象化网络中的端系统、交换机等设备,以离散事件来描述网络设备的行为,以此构建了AFDX网络模型,并依据模型实现了仿真.网络演算是一种理论计算AFDX最坏延迟界限的方法,将典型场景下仿真得到的结果与理论计算的结果进行比较,验证了模型.通过不同流量方案下仿真结果的对比,对AFDX进行了传输特性的分析.      

可视化建模语言编辑器的自动生成和配置技术

可视化建模语言是采用图形方式对系统/软件进行描述的语言,可视化建模语言编辑器为其使用提供了工具支持.不同编辑器存在的共性使得可视化语言编辑器自动生成和配置成为可能.基于理论研究和编辑器开发的实践经验,提出了自动生成和配置相结合的可视化建模语言编辑器开发的总体框架以支持编辑器的快速开发,定义了一套支持静态语义的可视化建模语言描述方法RM.RM采用基于规则的形式化描述方法来描述可视化建模语言的语法和编辑器的特性,采用MOF(Meta Object Facility)来描述可视化语言的静态语义.最后,设计实现了可视化建模语言编辑器开发环境Veda,验证了总体框架和描述方法的可行性.      

面向Web的知识描述语言

提出了Web知识描述层次模型,采用本体论技术从类、槽和槽约束3方面对领域知识建模,结合描述逻辑、框架系统建立了基于XML(eXtensible Markup Language)和本体论技术的知识描述语言(KDL).然后,介绍了KDL的扩展语法,并从一阶逻辑的角度对KDL的语义特征进行分析,提供KDL到FOL(First-Order Logic)的映射方法以完成KDL语言和FOL表达式之间的转化.实践证明KDL具有规范的语法和精确的语义,具有较强的逻辑推理能力.      

XML数据安全系统的研究与实现

可扩展置标语言(XML,eXtensible Markup Language)正逐渐成为分布式计算的通用语言.随着XML的广泛应用,尤其是XML在电子商务中的广泛应用,XML数据的安全问题已成为关注的重点.分析了XML数据安全的特殊性,并在XML数字签名和XML加密技术的基础上,设计和实现了XML数字签名和XML加密系统.该系统能够对XML文档、XML元素以及任意二进制数据加密、签名,保证了XML数据的安全.      

面向用户的以太网可用性模型

带冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)可以有效的解决竞争,提供高的吞吐量和低的延迟时间,并且成为了局域网设计中颇具吸引力的协议.基于计算机以太网CSMA/CD协议,面向用户探讨以太网可用度模型.通过定义工作站"拥塞状态"和"空闲状态",建立基于网络带宽、时隙的可用度模型.以信息成功发送概率作为衡量以太网可用性的指标.根据以太网中工作站的数量、平均字节长度、单机产生数据的速率以及单机数据重传速率对可用性影响的分析表明,随着局域网中接入的工作站的数量的增加在相同的时间内局域网的可用度将降低.随着数据产生率的升高,局域网的可用度将首先升高,当网络达到饱和后再增加数据产生率,局域网的可用度将降低.提高数据的重传率能够提高局域网的可用度.根据以上的分析,通过合理的设置网络参数,可以使局域网达到理想的可用度.      

LALR(1)分析器快速生成

根据LR(0)自动机的构造理论及Deremer和Pennello的LALR(1)向前看符号集计算公式,提出求解公式中的lookback关系和includes关系的高效算法. 研究过程表明,LR(0)项目集闭包计算和项目集的查找是LR(0)分析器构造过程中的主要性能瓶颈.对这两个计算过程给出了高效的数据结构和算法设计,实现了LALR(1)分析器的快速生成.系统实现及实验数据表明,LALR(1)分析器的生成速度超过了自由软件基金会的LALR(1)分析器生成器Bison.      

基于以太网器件的高性能工业现场总线FED

研究一种采用通用以太网物理层元件和FPGA器件构成的现场总线FED(Fieldbus based on Ethernet Devices),在片上系统(SOC,System On Chip)上开发出实用的现场总线通信装置.FED不需要复杂的驱动程序就可以实现链路层通信,在链路层基础上可以根据控制需要设计应用层通信协议.FED采用基于带飞读写功能的集总帧结构,使用主从式通讯.FED系统由1个主站和最多255个从站组成,实现了100 Mbit/s的高速实时通信.建立了实验系统,验证了FED总线可以满足数控机床等工业自动化设备的控制需求.     

一种XML相似重复数据的清理方法研究

针对半结构化数据XML在数据清理中的重要性,研究了如何清理XML相似重复数据,主要工作有:提出一种有效的XML相似重复数据清理方法,该方法具有较强的适应性,任何XML相似检测算法都适用于此;给出一种基于树编辑距离的相似检测算法,该算法能有效地检测XML相似重复数据;采用树编辑距离的上下限优化基于树编辑距离的相似检测算法,避免了不必要的树编辑距离计算,降低了相似检测计算的复杂度,提高了运算效率.此工作为研究XML相似重复数据清理打下基础.      

一种室外远距离天线测试转台系统的控制方法

为了满足天线在室外的远距离测试需求,提出了一种外场天线测试转台的控制方法。该天线测试系统由上位测试子系统、发射转台子系统和接收转台子系统组成,通过无线网桥实现各子系统间的远距离无线通讯;转台子系统采用EtherCAT 总线,接线形式简单、容易扩展、通讯速率快;采用TwinCAT 和LabVIEW 作为软件开发环境,开发了转台的运动控制和通讯软件界面。本论文对转台子系统控制原理及子系统间通讯方式进行了详细说明,分析了转台子系统定位精度,并通过试验表明该系统满足室外远距离天线测试需求,满足设计指标要求。     

基于UDP的端对端通讯的原理及实现

通过探索网络地址转换设备在进行UDP (User Datagram Protocol) 端口映射所存在的临时时间窗口,论述了使用UDP穿透网络地址转换设备的原理.引入检测及握手服务器及其所实现的数据包反射服务,来检测动态映射的端口信息以及网络地址转换设备在进行端口映射的特性.探讨了不同类型的网络地址转换设备对这种实现的影响,给出了检测过程以及建立端对端通讯过程的具体流程.这种实现可被广泛应用在IP语音、实时视频、文件共享以及分布式计算等应用中.