基于μC/OS-II和LwIP的嵌入式设备监控平台研究

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生产设备是生产过程中最重要的有形资源,其工作状态直接影响到制造系统整体运行效率,因此,为了保证制造系统的稳定性和可靠性,对设备监控技术提出了更高的要求。  本文针对传统的远程监控系统组专用性强,建设成本高,通信方式单一等问题,从底层监控终端的角度入手,引入低成本,结构灵活,易于扩展,应用简便的嵌入式技术,通过结合有线和无线通讯方式传输设备监控数据,建立完整的远程设备监控网络,并重点研究了设备监控终端构建过程中μC/OS-II嵌入式系统内核、设备驱动与文件系统以及LwIP嵌入式网络协议栈三个关键技术。  首先,在综合考虑系统功能、实时性要求、扩展性等多方面因素的前提下,设计开发了以STM32F207为核心的嵌入式硬件平台,并在分析μC/OS-II操作系统工作原理的基础上,研究包括任务管理、通信方式、时钟中断等主要内核功能,实现了μC/OS-II系统在硬件平台上的移植和运行。  其次,根据设备监控功能需求,设计实现了输入输出设备驱动、RS485总线设备接口驱动和看门狗驱动等,并开发了相应的用户接口函数,同时为了提供用户数据存储和访问的统一接口,支持快速启动功能,设计了μC/OS-II下的FAT文件系统,并针对μC/OS-II堆栈利用率不高的问题,进行了堆栈设计方面的研究。  最后,在了解LwIP嵌入式网络协议栈工作原理的基础上,通过分析LwIP框架模型、进程模型、内存管理机制等方面的主要功能,设计LwIP在具体应用环境下的实现方法,并且为了实现对设备网络状态监控功能,提出了一种LwIP中ICMP模块扩展设计方法,通过优化ICMP段协议代码,满足了对局域网内设备状态的监控要求,扩展了LwIP的应用领域。  在实现μC/OS-II操作系统在STM32F207硬件平台上的移植、设备驱动程序与文件系统的设计、LwIP协议栈移植的优化的基础上,本文完成了嵌入式设备监控平台的集成,并利用ip_sinffer等工具分别对不同功能模块以及系统整体功能进行了测试。
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