现场总线协议的建模与仿真

【摘要】：本文利用有限状态机理论对FF总线、CAN总线和HART总线的协议进行了形式化建模,并基于这些模型分别建立了三种总线控制系统的仿真平台。意义在于用形式化的方法描述三种总线协议,使协议易于理解,状态机模型的仿真动态展示总线系统的通信行为,并为总线控制系统的通信研究提供一个仿真平台。 首先在分析三种总线协议规范的基础上,建立了三种总线的通信协议模型。对于FF总线,建立了三种数据传输方式下发送方和接收方的状态机模型,以及从节点中心的角度,建立了LAS和基本设备的状态机模型。对于CAN总线,从节点中心的角度,建立了节点的发送和接收状态机模型,以及各自补充的错误计数状态机模型。对于HART总线,从节点中心的角度,建立了节点的发送和接收状态机模型,以及主设备或副主设备状态机模型和从设备或阵发设备状态机模型。最后,在MATLAB/Simulink软件的Stateflow仿真环境中分别建立了三种总线的总线控制系统仿真平台。在此仿真平台上,研究了总线控制系统中负载和传输速度的变化对网络吞吐量和信息发送平均延迟等性能指标的影响。仿真结果分别印证了三种总线协议的特点,同时也证明仿真平台对于总线研究的有效性。