Nghiên cứu và thiết kế mạng công nghiệp sử dụng chip fpga và cpu 89s8252 part 2

TÓM TẮT NỘI DUNG THỰC HIỆN

Thiết kế một hệ thống mạng ứng dụng trong
công nghiệp với các tính năng đặc biệt.Hệ
thống mạng cho phép người sử dụng có thể
điều khiển tất cả các Kit trong mạng cũng
như nhận những dữ liệu từ các Kit gửi về.
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252



Các dạng dữ liệu trong hệ thống mạng:

Tín hiệu Kit đang hoạt động hay đang nghỉ

Số Kit trong mạng

Tình trạng tốt hay xấu của từng Kit

Chu kỳ hoạt động của Kit

Cấu hình của các Kit

Tín hiệu kiểm tra mạng
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252


Cấu trúc mạng được thiết kế có 3 lớp :

Lớp ứng dụng

Lớp liên kết

Lớp vật lý
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252


Để thực hiện những ý tưởng trên của đề tài các
công cụ sau được sử dụng :

Ngôn ngữ VHDL cài đặt trong XC95108 xử lý đồng
bộ bit

CPU 89S8252 xử lý giao thức truyền và điều
khiển

73M223 điều chế và giải điều chế FSK

Chương trình quản lý hệ thống mạng

Phần mềm Xilinx Foundation 3.1i
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ

MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252


BỐ CỤC TRÌNH BÀY

PHẦN A :LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

PHẦN B :THIẾT KẾ

PHẦN C :KẾT QUẢ- HƯỚNG PHÁT TRIỂN
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
MẠNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CHIP FPGA VÀ CPU 89S8252


1.GIỚI THIỆU MẠNG CÔNG NGHIỆP
Trong nhiều thập niên qua việc ứng dụng mạng thông tin
vào lónh vực công nghiệp đã bùng nổ rất mạnh mẽ.Các hệ
thống mạng phát triển rất mạnh và 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

PHẦN A :LÝ THUYẾT


WC
Mô hình hệ thống mạng điều khiển
PHẦN A :LÝ THUYẾT


Máy
tính
KIT1 KIT
2
KIT4KIT3
KIT
6
KIT5
KIT8KIT7
KIT1
0
KIT9
Mô hình kết nối các Kit trong mạng
PHẦN A :LÝ THUYẾT


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 Kit đang hoạt động hay đang nghỉ


Số Kit trong mạng

Tình trạng tốt hay xấu của từng Kit

Chu kỳ hoạt động của Kit

Cấu hình của các Kit

.......................
PHẦN A :LÝ THUYẾT


PHẦN A :LÝ THUYẾT
2.KHẢO SÁT GIAO THỨC VÀ 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 bỏ bớt một số lớp. So với 7 lớp của mô
hình OSI, cấu trúc TCP/IP chỉ có 4 lớp sau đây:


PHẦN A :LÝ THUYẾT
Cấu trúc 4 lớp của mô hình TCP/IP so với mô hình OSI

Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Application
Transport
Internet
Network
access
OSI TCP/IP


PHẦN A :LÝ THUYẾT
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 và mạng.

TCP/IP không đònh nghóa lớp này mà dùng các chuẩn có
sẵn như IEEE, X25, RS232, ETHERNET,...


PHẦN A :LÝ THUYẾT
2.1.2.Lớp liên mạng (Internet Layer):


Chòu trách nhiệm cung cấp đòa 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.


PHẦN A :LÝ THUYẾT
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)
và UDP (User Datagram Protocol). Đơn vò dữ liệu ở lớp
này là các bản tin.


PHẦN A :LÝ THUYẾT
2.1.4.Lớp ứng dụng:

Đây là lớp cao nhất, dùng để truy xuất các dòch 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 và nhận dữ liệu. Các dòch vụ trên lớp này gồm có:
truyền thư (SMTP), truyền nhận file (FTP) , truy cập từ
xa (TELNET),...

PHẦN A :LÝ THUYẾT
2.2.Đònh dang khung Ethernet
2.2.1.Preamble :

Gồm 8 byte:

7 byte đầu có giá trò 10101010 có chức năng đồng
bộ cho phần cứng.

1 byte có giá trò 10101011 báo cho biết bắt đầu của
1 frame.
Preamble
(8 byte)
Destination
Address
(6 byte)
Source
Address
(6 byte)
Type
(2 byte)
Data
(46->1500
byte)
FCS
(3 byte)


PHẦN A :LÝ THUYẾT

2.2.2. Destination Address và Source Address :

Đòa chỉ nguồn và đòa chỉ đích, mỗi trạm Ethernet được gán
một đòa chỉ 48 bit cố đònh.
2.2.3.Type :

Xác đònh loại dữ liệu.
2.2.4.Data :

Chứa dữ liệu nhận được từ lớp trên. Trường dữ liệu bao
gồm IP Header, TCP Header và dữ liệu. Chiều dài của
trường dữ liệu từ 46-1500 byte.


PHẦN A :LÝ THUYẾT
2.2.5.FCS (Frame Check Sequence):

Cho phép trạm nhận xác đònh việc truyền có bò lỗi hay
không.


2.GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT TÍNH 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
PHẦN A :LÝ THUYẾT

Thuật toán 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
PHẦN A :LÝ THUYẾT


Kết quả phần dư R chính là CRC cần gán vào bản
tin để phát .
*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 bò lỗi.
Nếu phần dư R khác không thì kết luận việc truyềøn
bò lỗi
PHẦN A :LÝ THUYẾT


PHẦN A :LÝ THUYẾT
3.ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK
Hệ thống mạng được thiết kế đặt trong môi trường công
nghiệp .Do vậy dữ liệu rất dễ bò nhiễu và suy hao .Để
tăng độ tin cậy trong việc truyền dữ liệu ,tín hiệu từ máy

tính gửi xuống cần được điều chế và giải điều chế .
KHẢO SÁT ĐIỀU CHẾ FSK
Tín hiệu điều chế FSK có tần số thay đổi tùy thuộc vào
luồng dữ liệu nhò phân được phát.


PHAN A :LY THUYET

Daùng tớn hieọu FSK


PHẦN A :LÝ THUYẾT
Điều chế FSK rất thông dụng với việc truyền dữ liệu tốc
độ thấp từ 300 đến 1200 baud.
Dạng tín hiệu giải điều chế FSK


PHẦN A :LÝ THUYẾT
4. GIỚI THIỆU VỀ NGÔN NGỮ VHDL
Very High Speed IC Hardware Description Language là
một chuẩn dùng trong công nghiệp được viết tắt là
VHDL.Nó được coi là một ngôn ngữ mô tả phần cứng có
thể dùng thiết kế các hệ thống số với các cấp độ khác
nhau :từ mức là các giải thuật (cấp độ trừu tượng ) đến
các mức cụ thể thực hiện trên các cổng logic.