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随着“中国制造2025”规划的提出,工业控制网络已经成为了当前的研究热点。现场总线作为工业控制网络中的主要组成部分,极大地提高了数据传输的效率。然而由于各大厂商之间存在商业竞争等原因,至今都未形成一个统一的现场总线国际标准,同时将以太网引入工业控制网络也是当前不可阻挡的趋势。因此,在工业现场形成异构网络已经是无法避免的现象,能够高效、准确、实时地实现异构网络间的通信显得尤为重要。此外,目前国内使用的基本都是国外生产的现场总线控制器芯片,自主研发控制器芯片对逐步摆脱国外产品以及促进我国工业发展有着重大意义。在对国内外现有相关研究成果进行充分研究的前提下,本文提出了多现场总线协议实时转换系统的设计方案,用于不同协议的相互转换。所设计的方案充分利用IP软核与FPGA的优势,将现场总线控制器、以太网控制器以及协议转换模块以IP软核的形式在一块FPGA芯片上实现,主要研究内容和创新工作包括:(1)提出基于FPGA的多现场总线协议实时转换系统设计方案,所设计的系统用以实现CAN总线和Modbus RTU总线与以太网间的协议转换,并且对该系统的使用场景及功能进行介绍。提出的设计方案包含软件设计方案与硬件设计方案。(2)在对CAN协议进行深入研究的基础上,提出并实现了基于FPGA的CAN控制器设计方案。首先对各个模块的设计思路及原理进行详细的阐述,然后用硬件描述语言Verilog HDL逐一实现各模块的功能。最后将各模块进行整合,通过RTL仿真验证了所设计的CAN控制器符合CAN总线协议所规定的各项功能。(3)提出并实现了基于FPGA的Modbus RTU总线设计方案。然后用Verilog HDL语言实现方案中模块的功能。最后将各模块进行实现并整合,通过RTL仿真验证了所设计的Modbus RTU控制器的预期功能,即主从站均能够正常收发信息帧,且主站能根据需求发送正确的请求帧,从站能够实现对信息帧进行正确的响应。(4)提出了基于FPGA的UDP/IP以太网控制器实现方案。然后设计协议转换帧以实现协议转换模块的协议识别与转换。最后对协议实时转换系统各软件部分进行整合,并进行RTL仿真验证了所设计的系统的功能与实时性。(5)提出且实现了多现场总线协议实时转换系统的硬件平台设计方案。首先对方案中的各电路模块进行设计,然后设置基于硬件平台的实验方案,用于验证所设计系统的功能以及实时性。最后,对实验得到的数据进行分析得到各条件下协议转换系统的平均时延与时延抖动,通过时延分析,所设计的系统具有较好的实时性,能够满足工业现场的需求。