高速以太网智能前端的开发与研究
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高速以太网智能前端的开发与研究
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摘要：介绍一种基于嵌入式操作系统的智能前端构建面向高速以太网控制系统的基本原理和方法，研究并设计完成了智能
前端的硬件和软件以及以太网通讯的实现。智能前端以 AT91RM9200 为核心，利用其强大的实时处理能力和众多外设接口实
现对下位设备的控制，同时利用 LXT971ALC 实现与以太网的连接。软件开发上选用了源代码开放的 ARM Linux 嵌入式操作系
统作为内核和交叉编译的开发环境。最后，通过标准的智能前端，连接现场各种分散的仪表、传感器，采集并处理数据，方
便地接入高速以太网，实现一种智能分布式控制系统。
关键词：网络控制系统，以太网，嵌入式系统，智能前端
0 引言
网络控制系统(Network Control System, NCS)，又称为控制网络。分布式控制系统、工业以太网和现
场总线控制系统都属于网络控制系统。它们的出现标志着控制系统正向着网络化、集成化、分布化和节点智
能化的方向发展[1-2]。目前网络控制系统的定义尚没有统一，一般是指某个区域内传感器、执行器和控制器
等检测、控制和操作设备通过共享介质的网络实现资源共享和防调操作形成闭环回路的控制系统，也可称
为 网 络 化 的 控 制 系 统 (Network-Based Control System) ， 综 合 通 讯 和 控 制 系 统 (Integrated
Communication and Control System，ICCS)。
1.基于智能前端的分布式控制系统结构设计
以太网在信息网络中的统治地位使得工业以太网易于实现与信息网络的无缝集成，而嵌入式技术的
发展为网络控制系统提供了高集成的智能节点，并且系统节点功能越来越强大，以太网网络接口逐步成
为标准配置[3]。在这一背景下，本文研究和开发一种通用的面向高速以太网的智能前端，以智能前端为网
络中的智能节点，从而构建了基于智能前端的智能分布式控制系统，它的结构如图 1。
智能前端是控制网络中分布在现场级的基本智能节点，又是相对独立又相互可以检测的控制单元，
它允许直接对其进行编程、下载应用程序和测试。它的核心技术是 TCP/IP 协议和 AT91 RM9200 芯片，其功
能体现，如数据检测、数据处理和过程控制等。它提供与 Ethernet 和现场设备的标准接口，这样通过智能
前端把各个分散的测量、控制设备变成网络节点，以以太网为纽带，可从 Ethernet 上接收上位操作站传
来的控制信息，再对现场设备进行控制与操作，也可直接对下位现场设备进行控制，从而连接成了可以
相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统，实现系统结构的全分散，取代了 DCS 的输入/
输出单元和控制站，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能，实现
了智能下移到设备的目标。
图1基于智能前端的智能分布式控制系统结构
2.智能前端的硬件开发平台
智能前端是控制网络中分布在现场级的基本智能单元，通过接口向上连接操作站，向下连接现场仪
器，是构成智能分布式控制系统一个重要的组成部分[4]。智能前端硬件部分以 Atmel 公司的 AT91RM9200 嵌
摘要：
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高速以太网智能前端的开发与研究姓名单位邮编摘要：介绍一种基于嵌入式操作系统的智能前端构建面向高速以太网控制系统的基本原理和方法，研究并设计完成了智能前端的硬件和软件以及以太网通讯的实现。智能前端以AT91RM9200为核心，利用其强大的实时处理能力和众多外设接口实现对下位设备的控制，同时利用LXT971ALC实现与以太网的连接。软件开发上选用了源代码开放的ARMLinux嵌入式操作系统作为内核和交叉编译的开发环境。最后，通过标准的智能前端，连接现场各种分散的仪表、传感器，采集并处理数据，方便地接入高速以太网，实现一种智能分布式控制系统。关键词：网络控制系统，以太网，嵌入式系统，智能前端0引言网...
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