C4M_SRTOS ASA串列通訊埠同步非同步上下鏈功能方塊實作及比較

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姓名

邱亮維(LIANG-WEI CHIU) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

C4M_SRTOS ASA串列通訊埠同步非同步上下鏈功能方塊實作及比較
(Implementation and Comparison of C4M_SRTOS ASA Serial Port Synchronous and Asynchronous Data Up/Downlink Functionality)

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摘要(中)

本研究開發了一套適用於UART與SPI兩種通訊協議的遠端變數讀寫系統。該系統能夠像讀寫IC暫存器一樣，讀寫介面卡內的變數。
為了滿足介面卡間時脈一致性的需求，本研究另外提出了一套具備自我檢測和時間同步功能的同步控制系統。該系統的目標是透過特殊的通訊方法，消除介面卡之間的時間差並實時進行故障監測，進一步提升控制系統的穩定性。此系統同樣適用於SPI與UART兩種通訊協議，並根據不同的硬體條件，對這兩種協議進行了封包格式的特化設計。
為了驗證該同步控制系統是否能夠降低介面卡之間的時間差，本研究在單主控與四個介面卡的情境下，針對兩種通訊協議分別使用了本研究提出的非同步控制方法（即遠端變數讀寫系統）和同步控制方法，進行了效能比較。通過評估這兩種方法在實際應用中的表現，我們能夠了解它們的優點、限制和應用範圍，為未來控制系統的設計提供有價值的參考。

摘要(英)

In this thesis,we presents the development of a remote variable read-write system that is applicable to both UART and SPI communication protocols. The system enables the read-write operations of variables within the interface card, similar to accessing IC registers.
To fulfill the requirement of consistent timing between interface cards, a synchronous control system with self-detection and time synchronization capabilities is proposed in this research. The objective of this system is to eliminate the time difference between interface cards and provide real-time fault monitoring through a specialized communication method. This further enhances the stability of the control system. The synchronous control system is designed for both SPI and UART communication protocols, with packet formats tailored according to different hardware conditions.
To validate the effectiveness of the synchronous control system in reducing time differences between interface cards, performance comparisons were conducted in a scenario involving a single master controller and four interface cards. The proposed asynchronous control method (i.e., remote variable read-write system) and the synchronous control method were evaluated separately for the two communication protocols. By assessing the performance of these methods in practical applications, we gain insights into their advantages, limitations, and application scope, providing valuable references for future control system designs.

關鍵字(中)

★ C4M-SRTOS
★ 機器人作業系統
★ 非同步通訊
★ 時間同步
★ 同步通訊

關鍵字(英)

★ C4M-SRTOS
★ Asynchronous control
★ Time synchronization
★ Synchronous control
★ Robot OS

論文目次

中文摘要 v
ABSTRACT vi
致謝 vii
目錄 viii
圖目錄 xii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 重要性 2
1-3 困難點 3
1-4 解決方案 4
1-5 論文章節 5
第二章理論與技術基礎 6
2-1 ASA ATmega128 V3單板電腦 6
2-1-1 ATmega128架構 6
2-1-2 ATmega128規格 6
2-2 軟即時 7
2-3 硬即時 7
2-4 同步通訊 8
2-5 C4M-SRTOS 9
2-5-1 排程器 10
2-5-1-1 功能規劃 11
2-5-2 遠端登錄讀寫緩衝區函式 11
2-5-2-1 功能規劃 12
2-5-3 硬體中斷分享器 13
2-5-3-1 功能規劃 13
2-5-4 中斷降頻執行器 14
2-5-4-1 功能規劃 15
2-6 RC低通濾波器 15
第三章 ASA非同步通訊 17
3-1 簡介 17
3-2 UART非同步通訊Mode 0 18
3-2-1 功能規劃 18
3-2-2 封包介面 20
3-2-2-1 簡介 20
3-2-2-2 封包組成 21
3-2-3 功能方塊規劃 22
3-2-4 使用流程 24
3-3 SPI非同步通訊Mode 0 25
3-3-1 功能規劃 25
3-3-2 封包介面 27
3-3-2-1 簡介 27
3-3-2-2 封包組成 28
3-3-3 功能方塊規劃 30
3-3-4 使用流程 31
第四章 ASA系統同步 32
4-1 簡介 32
4-2 功能規劃 33
4-3 功能方塊規劃 35
4-3-1 主控端相關功能方塊規劃 35
4-3-2 介面卡相關功能方塊規劃 36
4-4 使用流程 39
第五章 ASA同步通訊 40
5-1 簡介 40
5-2 UART同步通訊 41
5-2-1 功能規劃 41
5-2-2 封包介面 45
5-2-3-1 簡介 45
5-2-3-2 封包組成 47
5-2-3 功能方塊規劃 49
5-2-4-1 主控端功能方塊圖 49
5-2-4-2 介面卡功能方塊圖 51
5-2-4 使用流程 53
5-3 SPI同步通訊 55
5-3-1 功能規劃 55
5-3-2 封包介面 59
5-3-3-1 簡介 59
5-3-3-2 封包組成 61
5-3-3 功能方塊規劃 63
5-3-3-1 主控端功能方塊圖 63
5-3-3-2 介面卡功能方塊圖 64
5-3-4 使用流程 65
第六章測試實驗與結果討論 67
6-1 實驗目的 67
6-2 實驗設計 67
6-3 電路配線 69
6-3-1 UART電路配線 69
6-3-2 SPI電路配線 71
6-3-3 PWM電路配線 73
6-4 UART實驗結果 74
6-5 SPI實驗結果 77
第七章結論與未來展望 80
7-1 結論 80
7-2 未來展望 80
參考文獻 81

參考文獻

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[2] Shan Jiang; Jiannong Cao; Jia Wang; Milos Stojmenovic; Julien Bourgeois，Uniform Circle Formation by Asynchronous Robots: A Fully-Distributed Approach，2017 26th International Conference on Computer Communication and Networks (ICCCN)
[3] Bingxian Mu; Kunwu Zhang; Feng Xiao; Yang ShiX，Event-Based Rendezvous Control for a Group of Robots With Asynchronous Periodic Detection and Communication Time Delays，IEEE Transactions on Cybernetics( Volume: 49, Issue: 7, July 2019)
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[5] 呂中祐著，物聯網機器人電控系統關鍵模組開發，國立中央大學機械工程學系光機電工程研究所論文，2021
[6] 李易謀著，C4M-OS函式庫及自動維護工具，國立中央大學機械工程學系光機電工程研究所論文，2021
[7] Intersil Corporation，IRF9630 Datasheet
[8] Atmel，ATmega128 Datasheet
[9] Michal Čáp; Jean Gregoire; Emilio Frazzoli，Provably safe and deadlock-free execution of multi-robot plans under delaying disturbances，2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
[10] 江士標，C4MOS-ASAMaster設計書.odt，國立中央大學機械工程學系，未公開
[11] 江士標，C4MOS-ExcutionServiceProvider設計書.odt，國立中央大學機械工程學系，未公開
[12] 江士標，C4MOS-UartServiceProvider規格書.odt，國立中央大學機械工程學系，未公開
[13] 江士標，C4MOS-SpiServiceProvider設計書.odt，國立中央大學機械工程學系，未公開
[14] 江士標，C4MOS-DataBufferServiceProvider設計書.odt，國立中央大學機械工程學系，未公開
[15] 江士標，C4MOS-ASASync規格書設計書用圖.odg，國立中央大學機械工程學系，未公開

指導教授

江士標(Shyh-Biau Jiang)

審核日期

2023-7-19

推文