基于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。文档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

目  录

独创性声明 I

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 网络控制系统结构概述 2

1.4 文档内容及安排 4

第二章 相关技术介绍 5

2.1 以太网技术概述 5

2.2 工业以太网相关技术 5

2.2.1 工业以太网介绍 5

2.2.2 工业以太网通信原理 7

2.2.3 工业以太网协议体系 7

2.3 嵌入式系统 12

2.3.1 嵌入式系统综述 12

2.3.2 嵌入式系统的组成 13

2.4 本章小结 15

第三章 工业以太网控制器的设计 17

3.1 工业以太网控制器硬件设计 17

3.1.1 硬件选型 17

3.1.2 硬件平台总体设计 20

3.2 工业以太网控制器软件设计 21

3.2.1 实时操作系统的移植 22

3.2.2 网卡驱动程序的设计 26

3.2.3 嵌入式TCP/IP协议栈的移植 27

3.3 本章小结 30

第四章 嵌入式监控系统的设计与实现 31

4.1 SNMP概述 31

4.1.1 SNMP的发展 31

4.1.2 SNMP的管理模型 31

4.2 E-SNMP代理的开发 32

4.2.1 E-SNMP代理的设计 32

4.2.2 E-SNMP代理的实现 33

4.2.3 SNMP Agent的功能扩展 47

4.3 本章小结 50

第五章 系统测试 51

5.1 测试环境 51

5.2 集成测试 51

5.2.1 以太网控制器的测试 51

5.2.2 E-SNMP代理的测试 52

第六章 总结和展望 57

参考文献 59

致  谢 61

攻读硕士期间参加的项目 63