基于OMAP处理器的核间通信机制设计与实现

为满足嵌入式多核数控系统高速、高精的应用需求,针对现有多核通信延迟过高、通信数据量过小等不足,研究基于ARM与DSP双核架构嵌入式数控系统,设计并实现一种基于该数控系统平台的多核数据通信机制。该通信机制基于共享内存实现,包括硬件驱动实现、内存划分、通信同步、共享缓存池建立以及通信协议搭建等关键部分。针对双核间数据传输延迟和数据传输量2个影响系统性能的重要参数开展实验测试,并于实际数控系统环境进行应用测试,结果表明,该通信方法可满足ARM与DSP双核架构的嵌入式数控系统2 MB数据通信量与20 ms通信延迟的性能需求。     

基于DMA的1394总线高速数据传输实现

为了提高数控系统数据传输速度,满足高速高精度加工需求,提出了基于直接存储器存取(DMA)方式的1394总线传输方法.设计了数控系统传输模块,并利用数控系统的结构特点,选定DMA方式并引入RTX(real time extension)软件来提高上位机Windows系统的实时性.根据13940HCI协议开发DMA程序来实现异步数据的传输,实验结果表明了1394总线通信的实时性和可靠性.     

嵌入式数控转塔冲床数控系统设计

通过对基于传统工业控制器数控系统的分析研究,针对传统数控系统的缺陷与不足,提出了一种基于CORTEXA8微处理器和嵌入式操作系统(Win CE7)的嵌入式数控系统。嵌入式实时操作系统和高性能微处理器的结合使得该数控系统的实时多任务处理能力大大提升,弥补了传统数控系统实时性差的不足。针对数控机床对通信高效化、制造网络化的要求以及工业级无线通信的发展,把Zig Bee无线通信应用到数控系统通信中,实现系统的无线通信。系统调试表明,数控系统各模块工作正常,并能实现上位机与控制器之间的无线通信。     

基于Xenomai的嵌入式Linux数控系统平台研究

介绍了数控系统软硬件结构和控制器组成,提出嵌入式Linux在数控系统中应用,针对嵌入式Linux实时性不足的特点,提出Xenomai实时解决方案.详细介绍了系统平台的搭建及实时性测试,测试结果显示该平台有很好的用户态实时性和优秀的内核态实时性,满足数控系统的实时性需要.该平台已应用在做实际数控系统中.     

船舶信息系统数据分发服务研究

船舶信息系统日益复杂,其对实时性的要求也越来越高。基于此,将数据分发服务应用到船舶信息系统中,根据船舶信息系统的特点,提出一种基于兴趣过滤的通信机制,以使订阅者能够更细粒度地表达其订阅兴趣,从而提高通信效率。模拟实验结果表明,该机制能满足船舶信息系统松耦合、高实时性等要求,可有效提高数据分发效率。     

基于交换式以太网的数控系统通信和时间同步机制

以交换技术为基础的交换式以太网采用了全双工和微网段工作方式,避免了总线冲突,大大提高了以太网的实时性能,逐步成为以太网实时性问题的一个重要研究方向.本文在分析数控加工过程中数据流特点的基础上,研究了将交换式以太网作为数控系统通信网络的实时通信机制和时间同步问题,设计了交换机的服务策略和基于网络演算理论的调度算法,提出一种以交换机为主时钟的时间同步方法.经过原型系统验证表明这种基于交换式以太网的数控系统能良好的满足数据加工要求.     

RTAI的实时性测试及在CNC控制器的应用

主要介绍RTAI的实时性测试及其在数控系统控制器的应用.RTAI优秀的实现构架为其实时性奠定良好的基础,在PC机 Linux-2.6.17 RTAI-3.5的平台中进行响应测试,结果表明RTAI的实时性能较好.基于RTAI的实时性能好,应用RTAI到数控系统控制器的实现中.该数控系统控制器的结构框图、硬件组成和软件框架在文中得到简要介绍.该控制器应用在本实验室开发的数控系统,工作效果良好.     

嵌入式实时操作系统在数控系统设计中的应用

分析了嵌入式实时操作系统的特点,其与通用操作系统相比更适合嵌入式数控系统的设计。选用µC/OS-II并以模块化的思想设计了基于MC68F375和MCX314的嵌入式数控系统硬件平台,对软件结构进行了层次划分,以功能应用为目标对应用软件进行了模块化设计,以实时性强弱为标准对数控系统任务的优先级进行了分配,分析了系统多任务运行的调度机制,开发了TDNCL4M和TDNCL4T数控系统。     

一种用于无人机的分布式飞行控制系统设计①

分布式结构已广泛应用于高可靠航空电子设备的设计中。设计了一种基于控制局域网（CAN）的分布式飞行控制计算机,用于在执行飞行任务过程中无人机的飞行控制律解算和系统管理。根据无人机控制的实时性和可靠性需求,提出了一种CAN通信、双端口随机访问存储器（DPRAM）通信和控制任务相互配合的内部通信机制。实验表明根据该通信机制设计的通信方案完全满足无人机控制的实时性和可靠性要求,同时解决了分布式结构引入的数据延时问题。     

以数据为中心的轨道交通安全计算机平台通信管理机制研究

在传统的轨道交通信号系统中,关键子系统都是基于总线通信的安全计算机平台实现的。该平台中,所有设备共享同一总线,通常需要实施多种措施并设计复杂的通信机制,不仅严重影响软件开发的效率和质量,同时,随着业务需求的增加,总线通信的性能瓶颈也日益显现。为此,文章提出一种以数据为中心的轨道交通安全计算机平台通信管理机制方案。该平台采用双网冗余架构,所有设备均通过以太网进行数据交换,采用发布-订阅的消息机制,实现了松散耦合,降低了系统开发的复杂度,显著提高了开发效率,改进了产品质量,并具有更高的带宽和更好的通信性能。试验表明,以数据为中心的安全计算机平台具有高吞吐量、低时延的特点,能够满足轨道交通信号系统应用对实时性和高性能的要求。     

硬实时以太网ARTC可靠性保障技术研究

实时网络的很大一部分应用在现场总线控制领域，提供实时、快速、可靠的信息传递。基于以太网的硬实时通信技术ARTC能较好地满足工业控制系统实时、快速的通信要求，但以太网的通信特性却导致其缺乏可靠性。本文简要介绍了ARTC的通信管理机制，在对其可靠性问题深入研究的基础上，从系统结构、多级自检、监控管理、故障处理以及流控等方面提出了相应的处理策略，能全面提升系统的可靠性，为ARTC在现场总线控制领域的应用奠定了坚实的基础。     

光纤通信在数控网络中的应用及其实现

数控网络系统是数控系统发展的趋势,在这类系统中,结点之间通信的最大要求是高实时性、高可靠性,最大特点是通信数据量较小,且具有周期性。本论文将根据数控网络的这些特点,详细介绍如何在物理层,用VHDL语言设计一个满足这些要求的模块,通过光纤实现点对点的通信。     

基于RTLinux实时系统进程间通信的研究和在数控系统中的应用

主要讨论了实时系统内部各模块间通信的特点和不依赖于平台的通信机制，并给出了在基于RTLinux平台的数控系统中通信机制的实现方案．     

仿人机器人的分布式控制系统设计

针对仿人机器人系统自由度多,实时性与可靠性要求高的特点,设计了基于CAN总线的具有Windows与RT-Linux系统的双主机的主控层结构的分布式控制系统,整个控制系统采用集中管理分散控制的方式,按照控制系统的结构和功能划分为主控层、通信层、协调执行层3层。CAN总线与一般通信总线相比,它的数据通信具有较强的实时性,并且CAN总线连线简单,降低了系统连线的复杂程度,增强了系统的可靠性。其中基于Windows的控制系统负责仿人机器人关节电机的调试以及传感数据的显示;基于RT-Linux的系统实现机器人的实时运动控制。实验表明提出的分布式控制系统操作简便、安全可靠、实时性强,能充分满足仿人机器人系统调试与运动控制的要求。     

基于现场总线的大型火电厂电气自动化技术

讨论了采用现场总线技术的火电厂大型机组电气自动化系统的内容和发展趋势.分析了现场总线技术在火电厂电气自动化系统中的应用,阐明了采用现场总线的通信方案并具有与DCS通信以充分交换信息的FECS技术正在成为火电厂电气自动化技术的发展趋势.     

运动控制高速实时串行总线研究

现场总线技术引入数控系统成为PC与数字伺服驱动与IO设备数据交换的接口。提出一种运动控制高速实时串行现场总线RTSB。给出了总线型广播方式的拓扑结构,提出了RTSB的工业控制应用的参考模型,给出了RTSB的报文结构及通讯机制,提出了RTSB的主控卡设计原理、用户层接口及RTSB基于Windows平台的驱动程序结构。RTSB实现了由非实时操作系统实现硬实时功能,为实现控制系统的高速、高精度性能奠定了基础。     

无线传感器网络基于通信距离的协作ARQ策略

提出了一种适用于无线传感器网络的基于通信距离的多中继协作ARQ策略,从而为无线数据传输提供了可靠性,同时获得了较高的吞吐率和能量效率.首先根据ARQ机制和在链路层将数据包分割为若干个数据帧的规律,建立一种马尔科夫链模型;在此基础上,分析饱和吞吐率、数据包丢弃概率、平均时延和能效的性能随通信距离的变化规律;最后提出了基于通信距离的协作ARQ策略.针对线性无线传感器网络,分析比较了所提协作ARQ与传统ARQ的通信性能.数学分析结果表明,所提协作ARQ能获得比传统ARQ更优的饱和吞吐率、可靠性和能效.     

基于复杂网络理论的编队网络化作战架构研究

为了实现网络化作战资源的有效整合,不仅需要装备与技术的信息化转换,同时需要建立合理的网络化作战拓扑结构,提出了基于复杂网络理论的编队网络化作战（CNC, Cooperative Network Combat）架构。首先给出了CNC架构的基本概念与特征,提出了CNC架构下物理层与功能层的协调方法,设计了组网约束规则和约束因子;然后从物理层对编队作战网络化体系进行了建模,同时给定了CNC架构的评估指标,并对编队作战网络的物理层设计参数进行了分析,使网络化作战体系的功能架构与物理架构得到了更好的匹配;最后对CNC架构设计参数进行了评估。通过仿真实验验证了CNC架构的合理性以及网络设计参数的重要性,并得到了编队作战网络优化的参数修正策略,为网络化作战理论与技术应用提供可靠的平台支撑。     

海量存储系统元数据服务器的设计及性能优化

设计适用于GRASS海量存储系统的元数据服务器,分析并优化3个影响元数据性能的因素：元数据组织方式,通信性能和搜索效率,利用Bloom Filter算法进行名字空间搜索,在此基础上实现目标系统的文件名查询优化。实验结果证明,目标系统的元数据处理性能得到明显提升,基本满足大规模高能物理计算的需求。     

基于CAN总线的新一代智能温度变送器设计

CAN总线控制网络直接面向生产过程,因其独特的设计,高性能而被广泛应用。现场总线控制发展趋势之一是使用现场总线控制器和现场总线变送器,显著特点是所有信息数字化;利用现场总线的通信技术、微处理器技术等现代科学技术设计设计的新一代智能温度变送器,具有测量精度高,控制灵活,量程范围大,智能化程度高等特点。