现场总线技术实现了现场仪表的数字通信和智能处理,具有全开放性,是当前工业控制系统的重要技术。而基金会现场总线得到了世界上几乎所有的著名仪表制造商的支持,并以其技术上的优势,在总线控制系统中处于领先地位。 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,在深入理解FF H1协议的基础上,从总线访问子层和报文规范子层两个方面,着重对应用层协议进行了深入研究与分析,包括虚拟通信通道、应用关系、标准报文规范格式等关键技术。由于FF现场总线中大部分通信量都要通过应用层提供的虚拟通信通道完成,因此应用层协议功能的实现好坏直接关系到了现场总线的通信质量。结合“基金会现场总线通信协议栈的研究与开发”项目的开展,针对工业控制底层网络对信息传输任务的实时性和快速性的高要求,本论文在对应用层协议的研究分析基础上,对其关键技术进行了详细的软件开发设计,尤其是针对虚拟通信通道的实现难点——虚拟通信关系端点属性、应用关系端点AREP属性及其数据链路映射属性的管理提出了有一定创新的相关属性链接方法,有效的提高了时间和空间效率。目前所开发的通信栈协议已通过协议一致性测试,保证了应用进程之间的实时通信,实现了应用层的开放性,具有一定的工程实用价值。 本论文共分六章。首先在第一章对现场总线的背景、应用及课题的提出、意义等作了综述。然后在第二章介绍了FF H1的协议体系结构和参考模型,并简要解析了应用层协议。第三章和第四章是本论文的重点,包括整个应用层协议的软件分析与设计。第三章为总线访问子层协议的开发,主要从实现其报文传送功能的角度,着重阐述了三种类型应用关系的设计开发。其中为了有效地解决开发中虚拟通信通道VCR的相关属性多次重复使用并动态修改的问题,文中提出了有一定创新的AREP链表属性与VCR相关属性绑定的方法,提高了时间和空间效率。第四章为报文规范子层协议的开发,着重从虚拟通信通道的提供和多种FMS服务的提供两个层次进行了开发,并给出了标准报文格式的软件实现。第五章是联调和测试部分,对应用层协议软件开发的本层测试和通信栈联调部分的标准一致性测试作了详细阐述,并最终给出了测试结果及分析。最后第六章对应用层协议软件的开发工作进行了总结,并对以后的工作进行了展望。