NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252

93 484 5
  • Loading ...
1/93 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 25/04/2013, 13:00

trạm Ethernet sẽ phát hiện ra xung đột nhờ so sánh dữ liệu trên đường truyền với dữ liệu đã phát Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ___oOo___ NGUYỄN BẢO KỲ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHIP FPGA CPU 89S8252 CHUYÊN NGÀNH : Vô Tuyến - Điện Tử MÃ SỐ : 02.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2004 PHẦN 1 GIỚI THIỆU MẠNG CÔNG NGHIỆP 1.GIỚI THIỆU MẠNG CÔNG NGHIỆP Trang 1 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Trong nhiều thập niên năm qua việc ứng dụng mạng thông tin vào lĩnh vực công nghiệp đã bùng nổ rất mạnh mẽ.Các hệ thống mạng phát triển rất mạnh đa dạng . Việc ứng dụng mạng công nghiệp đã mang lại những lợi ích rõ nét  Chi phí lắp đặt hệ thống  Nhân công điều hành  Tiện ích quản lý hệ thống  Cải thiện môi trường làm việc Mở rộng ra từ mạng cục bộ ,các hệ thống cục bộ có thể kết nối với nhau tạo ra một mạng diện rộng .Như vậy chỉ với một máy tính có thể quản lý tập trung mạng điều khiển . Trang 2 Mô hình hệ thống mạng điều khiển Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Có thể xem mô hình mạng công nghiệp gần giống như các mô hình mạng khác.Tuy nhiên có sự đa dạng trong kiểu dữ liệu mạng công nghiệp . Các dạng dữ liệu trong mạng công nghiệp :  Tín hiệu máy đang hoạt động hay đang nghỉ  Số máy trong mạng  Tình trạng tốt hay xấu của từng máy  Chu kỳ hoạt động của máy  Cấu hình của các máy  Tín hiệu kiểm tra mạng  Thông tin trả lời từ các máy  . 2.KHẢO SÁT GIAO THỨC CẤU TRÚC MẠNG 2.1.Mô hình TCP/IP: Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là mô hình cho mạng Internet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Cấu trúc các lớp của TCP/IP có một số điểm tương đồng với mô hình OSI (Open System Interconnect) nhưng có những bỏ bớt một số lớp. So với 7 lớp của mô hình OSI, cấu trúc TCP/IP chỉ có 4 sau đây: Trang 3 Máy tính KIT1 KIT 2 KIT4KIT3 KIT 6 KIT5 KIT8KIT7 KIT1 0 KIT9 Mô hình kết nối các mạng cục bộ Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Transport Internet Network access Cấu trúc 4 lớp của mô hình TCP/IP so với mô hình OSI OSI TCP/IP Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Lớp truy xuất mạng : Network Access Layer. Lớp liên mạng : Internet Layer. Lớp vận chuyển : Transport Layer. Lớp ứng dụng : Application Layer. Chức năng của các lớp : 2.1.1.Lớp truy xuất mạng (Network Access Layer): Lớp truy xuất mạng đại diện cho các bộ phận kết nối vật lý như cáp, bộ chuyển đổi (Adapter), card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy cập mạng. Lớp này có nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa các máy chủ mạng. TCP/IP không định nghĩa lớp này mà dùng các chuẩn có sẵn như IEEE, X25, RS232, ETHERNET, . Trang 4 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 2.1.2.Lớp liên mạng (Internet Layer): Chịu trách nhiệm cung cấp địa chỉ logic cho giao diện mạng vật lý để điều khiển việc truyền thông tin giữa các máy. Lớp này nhận dữ liệu từ lớp vận chuyển, đóng gói thành các IP datagram với các IP header chứa thông tin của việc truyền dữ liệu, sau đó chuyển xuống lớp truy xuất mạng để truyền. Lớp này cũng cung cấp các giao thức để thông báo lỗi. 2.1.3.Lớp vận chuyển: Lớp vận chuyển có nhiệm vụ phân phát dữ liệu tới các chương trình ứng dụng khác nhau. Lớp này có hai nghi thức quan trọng là TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol). Đơn vị dữ liệu ở lớp này là các bản tin. 2.1.4.Lớp ứng dụng: Đây là lớp cao nhất, dùng để truy xuất các dịch vụ trên mạng bằng các chương trình ứng dụng. Một chương trình ứng dụng sẽ tương tác với các nghi thức của lớp này để gửi nhận dữ liệu. Các dịch vụ trên lớp này gồm có: truyền thư (SMTP), truyền nhận file (FTP) , truy cập từ xa (TELNET), . 2.2.Nghi thức Ethernet: Lớp truy xuất mạng trong TCP/IP sử dụng các nghi thức mạng có sẵn như : Ethernet, IEEE 802, X25, Frame Relay, ATM.Trong các mạng LAN, nghi thức được sử dụng phổ biến nhất là mạng Ethernet. Ethernet: Dựa trên điều khiển đa truy cập CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Các chức năng cơ bản của Ethernet là:  Truyền nhận các gói dữ liệu.  Giải mã các gói kiểm tra địa chỉ trước khi phát cho phần mềm lớp trên.  Kiểm tra lỗi. 2.2.1.Điều khiển đatruy cập CSMA: Trước khi truyền dữ liệu trên mạng, một trạm Ethernet phải lắng nghe hoạt động của kênh truyền. Nếu phát hiện kênh truyền bị bận, nó sẽ chờ mà không truyền. Nếu kênh truyền trống thì nó sẽ truyền. Sau bit cuối cùng của một khung truyền trạm Ethernet phải đợi một khoảng thời gian nhất định để tạo một khoảng cách giữa các khung. Khoảng cách này chính là thời gian cho phép các trạm khác có thể chiếm kênh truyền. Trong trường hợp xảy ra xung đột (khi có hai trạm cùng phát hiện ra kênh trống truyền dữ liệu lên), trạm Ethernet sẽ phát hiện ra xung đột nhờ so sánh dữ liệu trên đường truyền với dữ liệu đã phát. Cả hai trạm sẽ cùng ngưng phát chờ trong một Trang 5 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại. Do thời gian chờ phát lại của mỗi trạm là ngẫu nhiên nên có thể tránh được việc tái xung đột, tuy nhiên nếu điều này xảy ra, các trạm sẽ phải chờ một lần nữa với thời gian chờ ngẫu nhiên tăng lên để giảm xác suất tái xung đột. 2.2.2.Định dang khung Ethernet: Preamble (8 byte) Destination Address (6 byte) Source Address (6 byte) Type (2 byte) Data (46->1500 byte) FCS (3 byte) 2.2.2.1.Preamble : Gồm 8 byte:  7 byte đầu có giá trị 10101010 có chức năng đồng bộ cho phần cứng.  1 byte có giá trị 10101011 báo cho biết bắt đầu của 1 frame. 2.2.2.2. Destination Address Source Address: Địa chỉ nguồn địa chỉ đích, mỗi trạm Ethernet được gán một địa chỉ 48 bit cố định. 2.2.2.3.Type : Xác định loại dữ liệu. 2.2.2.4.Data : Chứa dữ liệu nhận được từ lớp trên. Trường dữ liệu bao gồm IP Header, TCP Header, dữ liệu. Chiều dài của trường dữ liệu từ 46-1500 byte. 2.2.2.5.FCS (Frame Check Sequence): Cho phép trạm nhận xác định việc truyền có bị lỗi hay không. 2.3.Khảo sát Token Ring Token Ring có 2 loại khung cơ bản 2.3.1.Khung Token Khung Token có chiều dài 3 byte  Start: Byte mở đầu  Access control:Byte điểu khiển  End :Byte kết thúc 2.3.2.Khung dữ liệu/lệnh Trang 6 Start Start Access control Access control End End Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Khung dữ liệu/lệnh có kích thước thay đổi tùy thuộc vào trường thông tin.Khung dữ liệu mang thông tin của lớp trên.Trong khi đó khung lệnh mang thông tin điều khiển không chứa thông tin của lớp trên.  Start:Mở đầu khung  Access control :Phân biệt khung Token hoặc khung lệnh /dữ liệu  Frame control :Phân biệt loại thông tin điều khiển  Destination address:Địa chỉ đến của khung  Source address:Nơi xuất phát của khung  Data:Có kích thước thay đổi mang thông tin  FCS:Kiểm tra lỗi khung  End:Kết thúc  Frame status:Báo trạng thái khung nhận được Trang 7 Start Start Access control Access control Frame control Frame control Destina tion address Destina tion address Source address Source address Data Data FCS FCS End End Frame status Frame status Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 PHẦN 2 GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT TÍNH CRC KIỂM TRA DƯ THỪA THEO CHU KỲ CRC Trường kiểm tra lỗi FCS được thực hiện qua giải thuật tính CRC.Các CRC khác nhau ứng với các đa thức sinh ứng khác nhau.  CRC8 =X^8 + X^2 + X^1 + 1  CRC16=X^16+ X^15+ X^2 + 1  CRC32=X^32+ X^26+ X^23+ X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X+11 Thuật tốn tính CRC: M:Bản tin cần phát R:Phần dư kết quả chia G:Đa thức sinh Thực hiện phép tính : (M*2 n ) / G =Q + R /G Kết quả phần dư R chính là CRC cần gán vào bản tin để phát . Việc lấy bản tin nhân 2 n tức là thêm vào số số không bằng bậc của đa thức sinh . Sau đó thực hiện chia module – 2 cho đa thức sinh .Phần dư R chính là CRC cần tìm . Tại đầu phát bản tin M được thêm vào thành phần CRC trước khi phát Tại đầu thu khi nhận được chuỗi dữ liệu cũng được xử lý như đầu phát .Tuy nhiên kết quả cho R là bằng không thì kết luận việc truyền không bị lỗi .Nếu phần dư R khác không thì kết luận việc truyềøn bị lỗi . Có 2 cách thực hiện tính CRC:  Phần cứng  Phần mềm Trong đề tài sử dụng tính CRC8 bằng phần mềm với đa thức sinh CRC8 =X^8 + X^2 + X^1 + 1 Trang 8 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Đa thức sinh :100000111 .Tính CRC-8 Tính CRC-8 có chuỗi dữ liệu sau với đa thức sinh 100000111 11110000 11010000 10101010 10000000 00000000 10000011 1 01110011 01 1000001 11 0110010 100 100000 111 010010 0111 10000 0111 00010 0000000 10 0000111 00 00001110 10101 1000 00111 0110 100100 100 000111 010 1000111 10 0000111 00 10000000 1 10000011 1 00000011 0000000 10 0000111 01 00001110 1 00000111 0 00001001 00000 1000 00111 0001 00111000 1 00000111 0 00111111 Trang 9 100000111 1111000000011101 0000110001001 FCS=00111111B 8 bit dịch Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 PHẦN 3 ĐIỀU CHẾ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK Hệ thống mạng được thiết kế đặt trong môi trường công nghiệp .Do vậy dữ liệu rất dễ bị nhiễu suy hao .Để tăng độ tin cậy trong việc truyền dữ liệu ,tín hiệu từ máy tính gửi xuống cần được điều chế giải điều chế . KHẢO SÁT ĐIỀU CHẾ FSK Tín hiệu điều chế FSK có tần số thay đổi tùy thuộc vào luồng dữ liệu nhị phân được phát. Điều chế FSK rất thông dụng với việc truyền dữ liệu tốc độ thấp từ 300 đến 1200 baud. PHẦN 4 GIỚI THIỆU VỀ NGÔN NGỮ VHDL Trang 10 0 1 Dạng tín hiệu FSK 0 1 Dạng tín hiệu giải điều chế FSK [...]... Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Trình soạn ngôn ngữ Trình soạn thảo cho phép thiết kế bằng ba ngôn ngữ khác nhau VHDL, ABEL Verilog Trang 25 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Trình soạn thảo trạng thái Trình soạn thảo trạng thái cho phép thiết kế các trạng thái xảy ra dưới dạng máy trạng thái Trang 26 Nghiên cứu thiết kế mạng. .. architecture đó Các mô tả configuration có thể coi là danh sách các phần được sử dụng trong thiết kế Package- Một package được coi là một tập hợp các kiểu dữ liệu được sử dụng thường xuyên trong thiết kế các chương trình con trong thiết kế hệ thống Trang 11 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Attribute-Các thuộc tính của dữ liệu được mô tả kèm theo các đối tượng... work.mynand(version1); END FOR ; END rsffcon1; Trang 16 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Thiết kế dùng mô tả CONFIGURATION thường dùng trong thiết kế phân cấp.Chúng ta có thể hiểu phần CONFIGURATION trong ví dụ trên như sau :CONFIGURATION tên là rsffcon1.Hai thành phần U1 U2 kiểu NAND được sử dụng trong kiến trúc netlist ,sử dụng ENTITY mynand,với version1 trong thư viện... rộng của MPGA Do đó các thiết bị lập trình loại này có mật độ logic cao hơn Trang 19 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 Cấu trúc FPGA Mô hình FPGA Giống như MPGA, 1 FPGA gồm 1 dãy các phần tử rời rạc có thể được kết nối với nhau theo 1 cách chung Giống như PLA, các kết nối giữa các phần tử là có thể lập trình được FPGA được giới thiệu đầu tiên bởi công ty Xilinx năm 1985.Kể... cho các ứng dụng này là những FPGA có các chuyển mạch lập trình được Tóm lại FPGA có thể sử dụng có hiệu quả trong nhiều ứng dụng thực tế Nếu so sánh với MPGA thì nó có 2 lợi điểm quan trọng: FPGA có giá thành tạo mẫu thấp hơn, thời gian chế tạo ngắn hơn Trang 22 Nghiên cứu thiết kế mạng công nghiệp sử dụng FPGA CPU 89S8252 PHẦN 6 TỔNG QUAN PROJECT MANAGER Project Manager là một ứng dụng cho phép... VHDL.Ngồi 2 cách thiết kế trên ,chúng ta còn cách thiết kế thứ 3 dựa vào mô tả chức năng theo thuật tốn của thiết bị thông qua sử dụng cú pháp PROCESS.Các mô tả đó có thể trình bày như sau : ARCHITECTURE sequential OF rsff IS BEGIN IF set =’1’ AND reset =’0’ THEN q . 6 Start Start Access control Access control End End Nghi n c u v thi t k m ng c ng nghi p s d ng FPGA v CPU 8 9S8 252 Khung d li u/ lệnh c . d ng FPGA v CPU 8 9S8 252 Trong nhi u th p ni n n m qua vi c ng d ng m ng th ng tin v o lĩnh v c c ng nghi p đã b ng n r t m nh m .C c hệ th ng m ng phát
- Xem thêm -

Xem thêm: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252, NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252, NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252, TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2004, GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT TÍNH CRC ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK, GIỚI THIỆU VỀ NGÔN NGỮ VHDL, TỔNG QUAN PROJECT MANAGER GIỚI THIỆU CÁC CHIP SỬ DỤNG

Tài liệu mới bán

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay