随着工业生产规模的不断扩大,相应的控制系统的规模也要不断增长,传统的以信号模拟传输为主的控制系统已经不能适应发展的需要。另外由于计算机技术、微电子技术以及通信技术迅速发展,在工业领域中的信号传输方式从模拟信号传输发展到了数字信号传输,因此诞生了现场总线技术。现场总线技术最大的特点有两个:一是实现了现场仪表的数字通信和智能处理,二是它的全开放性。它的出现使基于传统的现场仪表所构成的工业控制系统的体系结构发生了根本的变革,并以其无可比拟的优势迅速成为工业控制系统的一种重要技术。 本论文以当前比较成熟的基金会现场总线低速协议标准H1为研究对象,从数据链路层协议的角度,研究了通信栈的相关技术。本论文以“基金会现场总线通信协议栈的研究与开发”项目为基础,主要从数据链路层初始化、数据传输、数据链路时间同步等几个关键技术深入研究了基本设备数据链路层的工作原理。并且为了解决实际的开发中的一些难题,提出了一些具有一定创新性的解决方法。 本论文总共分六章。第一章介绍了基金会现场总线产生的原因以及当前的研究现状。第二章从整体上描述了基金会现场总线的结构,并重点分析了数据链路层的结构以及各个功能模块的作用和它们之间的关系。 接下来的第三章到第五章是本文的重点内容。第三章研究了数据链路层初始化的过程,为了解决多台设备具有相同地址而产生的地址冲突问题,给出了解决问题的关键技术;第四章研究了数据传输的过程,并分析了有连接数据传输的可靠性和实时性的问题;第五章首先研究了数据链路时间同步的原理。为了实现数据链路时间同步,设计了数据链路时间的核心部分——本地计数器(CNT)。为了提高同步精度,提出了两种CNT频率调整的算法,并且将其中一种算法应用于实际通信栈软件中,使同步精度提高了2个数量级。为了使得数据链路层用户能进行基于数据链路时间的定时,设计了一个链路调度时间定时器(LS Timer)。 本文最后一章对整个开发工作进行了总结,提出了一些建议,也对以后的工作进行了展望。开发的通信栈软件已经可以通过基金会现场总线协议一致性测试,表明数据链路层运行正常。