第六次課Lon總線

1、工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)主 講陳 青 林 本次課主要內(nèi)容1.LonWorks技術(shù)核心元件技術(shù)核心元件-神經(jīng)元芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)神經(jīng)元芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.LonTalk通信協(xié)議通信協(xié)議3.LonTalk的介質(zhì)訪問控制的介質(zhì)訪問控制4.4.LonWorksLonWorks的互操作性的互操作性5.5.LonWorksLonWorks的開發(fā)工具的開發(fā)工具6.LNS技術(shù)7.7.面向?qū)ο蟮木幊陶Z言面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Neuron C 5.2.2 LON5.2.2 LON總線分散式通信控制處理器總線分散式通信控制處理器神經(jīng)元芯片神經(jīng)元芯片1. 處理單元l該芯片內(nèi)部裝有三個(gè)微處理器：該芯片內(nèi)部裝有三個(gè)微處理器：M

2、AC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器。處理器和應(yīng)用處理器。2. 存儲(chǔ)器 MC143150MC143150存儲(chǔ)器的分配包括：存儲(chǔ)器的分配包括：l 512bytes EEPROM512bytes EEPROM；l 網(wǎng)絡(luò)配置和地址表；網(wǎng)絡(luò)配置和地址表；l 獨(dú)一無二的獨(dú)一無二的4848位神經(jīng)元位神經(jīng)元IDID碼；碼；l 用戶應(yīng)用程序代碼和一般只讀的數(shù)據(jù)；用戶應(yīng)用程序代碼和一般只讀的數(shù)據(jù)；l 2048 bytes RAM2048 bytes RAM；l 堆棧段、應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)區(qū)；堆棧段、應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)區(qū)；l LonTalkLonTalk協(xié)議應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)；協(xié)議應(yīng)用緩

3、沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)；l 最多最多64kB64kB存儲(chǔ)器地址空間，但處理器提供外部存存儲(chǔ)器地址空間，但處理器提供外部存儲(chǔ)器接口能夠訪問到的是儲(chǔ)器接口能夠訪問到的是59392 bytes59392 bytes；而剩下的；而剩下的61146114字節(jié)是作為系統(tǒng)內(nèi)部映射。字節(jié)是作為系統(tǒng)內(nèi)部映射。l 1638416384字節(jié)的外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)字節(jié)的外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)LONLON的操作系統(tǒng)；的操作系統(tǒng)；l 剩下的空間可作為用戶編寫的應(yīng)用代碼，以及應(yīng)用剩下的空間可作為用戶編寫的應(yīng)用代碼，以及應(yīng)用程序所需要的額外讀寫數(shù)據(jù)區(qū)、應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩程序所需要的額外讀寫數(shù)據(jù)區(qū)、應(yīng)用緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)。沖區(qū)。3 3輸入

4、輸入/ /輸出輸出l神 經(jīng) 元 芯 片 和神 經(jīng) 元 芯 片 和其 他 設(shè) 備 的 互其 他 設(shè) 備 的 互連是通過它的連是通過它的11個(gè)個(gè) I / O IO0IO10。這。這些 管 腳 可 以 根些 管 腳 可 以 根據(jù) 不 同 外 部 設(shè)據(jù) 不 同 外 部 設(shè)備備I/O的要求，的要求，靈 活 地 配 置 輸靈 活 地 配 置 輸入輸出方式。入輸出方式。l神 經(jīng) 元 芯 片 定神 經(jīng) 元 芯 片 定時(shí)時(shí)/ /計(jì)數(shù)器外部計(jì)數(shù)器外部連接圖連接圖4. 4. 通信端口通信端口 單端模式單端模式 差分模式差分模式 專用模式專用模式5. 5. 時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)6. 6. 睡眠睡眠/ /喚醒機(jī)制喚醒機(jī)制7

5、. Service Pin7. Service Pin8. Watchdog8. Watchdog定時(shí)器定時(shí)器 單端模式單端模式差分方式的通訊口配置框圖差分方式的通訊口配置框圖四四. .通信線路和設(shè)備通信線路和設(shè)備雙絞線收發(fā)器雙絞線收發(fā)器1.1.直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)2.EIA-4852.EIA-485五五.LonWorks.LonWorks通信協(xié)議通信協(xié)議LonTalkLonTalk1 1LonTalkLonTalk協(xié)議的特點(diǎn)協(xié)議的特點(diǎn): :l LonTalk LonTalk協(xié)議是為協(xié)議是為LONLON總線設(shè)計(jì)的專用協(xié)議，它具總線設(shè)計(jì)的專用協(xié)議，它具有以下特點(diǎn)：有以下特點(diǎn)：l 發(fā)送的報(bào)文都是很短的

6、數(shù)據(jù)發(fā)送的報(bào)文都是很短的數(shù)據(jù)( (通常幾個(gè)到幾十通常幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)) )；l 通信帶寬不高通信帶寬不高(2Kbps(2Kbps到到2Mbps)2Mbps)；l 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)往往是低成本、低維護(hù)的單片網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)往往是低成本、低維護(hù)的單片機(jī)；機(jī)；l 多節(jié)點(diǎn)，多通信介質(zhì)；多節(jié)點(diǎn)，多通信介質(zhì)；l 可靠性高；可靠性高；l 實(shí)時(shí)性高。實(shí)時(shí)性高。2 LonTalk2 LonTalk七層協(xié)議七層協(xié)議3 LonTalk協(xié)議物理層協(xié)議協(xié)議物理層協(xié)議 l適應(yīng)不同的通信介質(zhì)，如：雙絞線(twisted-pair)、電力線(powerline)、無線電(radio-frequency)、紅外線(infrare

7、d)、同軸電纜(coaxialcable)、光纖(fiber)甚至是用戶自定義的通信介質(zhì)。l支持不同的數(shù)據(jù)解碼和編碼，如：通常雙絞線使用差分曼切斯特編碼、電力線使用擴(kuò)頻、無線通信使用頻移鍵控(FSK)。4 LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)及對(duì)大網(wǎng)絡(luò)的支持l網(wǎng)絡(luò)地址可以有三層結(jié)構(gòu)：域網(wǎng)絡(luò)地址可以有三層結(jié)構(gòu)：域(Domain)、子網(wǎng)、子網(wǎng)(Subnet)和節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)(Node)報(bào)文地址結(jié)構(gòu)圖報(bào)文地址結(jié)構(gòu)圖 5 MAC子層5.6 LonWorks的互操作性 l可互操作網(wǎng)絡(luò)的外部端口 -應(yīng)用層端口 l幾個(gè)主要部分組成： 1 節(jié)點(diǎn)對(duì)象節(jié)點(diǎn)對(duì)象 在一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)，節(jié)點(diǎn)對(duì)象用于對(duì)詢問對(duì)象方式、報(bào)告對(duì)象狀態(tài)提供支

8、持。節(jié)點(diǎn)對(duì)象包括與節(jié)點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)變量和結(jié)構(gòu)參數(shù)。2 LonMark對(duì)象對(duì)象 LonMark對(duì)象為應(yīng)用層提供了可互操作性的基礎(chǔ)。LonMark對(duì)象描述了信息如何輸入節(jié)點(diǎn)、如何從節(jié)點(diǎn)輸出、如何與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)共享信息的標(biāo)準(zhǔn)格式。3 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型 使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型(SNVT)能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳送模式正確地翻譯、傳遞數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)以熱敏電阻為基礎(chǔ)的溫度傳感器可以與一個(gè)以熱電偶為基礎(chǔ)的溫度傳感器互換，如果它們都能產(chǎn)生經(jīng)過校準(zhǔn)的、類型為SNVT-temp的溫度值的話。 4 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送 LonTalk文件傳送協(xié)議只適用于數(shù)據(jù)文件的通信。數(shù)據(jù)文件傳送協(xié)議只

9、適用于數(shù)據(jù)文件的通信。數(shù)據(jù)文件必須以文件必須以32字節(jié)的報(bào)文傳送字節(jié)的報(bào)文傳送(不包括協(xié)議頭不包括協(xié)議頭)，窗口尺，窗口尺寸為寸為6。5 結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù) 應(yīng)用開發(fā)者在安裝過程中可以選擇設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)應(yīng)用開發(fā)者在安裝過程中可以選擇設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)類型的網(wǎng)絡(luò)變量能用于相對(duì)少量的結(jié)構(gòu)信息，這樣做具類型的網(wǎng)絡(luò)變量能用于相對(duì)少量的結(jié)構(gòu)信息，這樣做具有網(wǎng)絡(luò)變量的長處，例如：可以自我識(shí)別、自我記錄、有網(wǎng)絡(luò)變量的長處，例如：可以自我識(shí)別、自我記錄、外接口文件的支持，并有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的簡化方法。外接口文件的支持，并有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的簡化方法。對(duì)于大量的結(jié)構(gòu)信息，配置節(jié)點(diǎn)更簡單的方法是使用結(jié)對(duì)于大量的結(jié)

10、構(gòu)信息，配置節(jié)點(diǎn)更簡單的方法是使用結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)是用構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)是用LonTalk文件傳送協(xié)議裝入節(jié)點(diǎn)文件傳送協(xié)議裝入節(jié)點(diǎn)或由網(wǎng)絡(luò)管理讀或由網(wǎng)絡(luò)管理讀/寫指令訪問存儲(chǔ)器得來的，結(jié)構(gòu)參數(shù)的寫指令訪問存儲(chǔ)器得來的，結(jié)構(gòu)參數(shù)的使用能釋放網(wǎng)絡(luò)變量和以神經(jīng)元芯片作為主處理器的應(yīng)使用能釋放網(wǎng)絡(luò)變量和以神經(jīng)元芯片作為主處理器的應(yīng)用程序所占用的用程序所占用的EEPROM。 5.7 LonWorks開發(fā)工具開發(fā)工具 1.LonBuilder是是LonWorks技術(shù)中最主要技術(shù)中最主要的一個(gè)開發(fā)工具的一個(gè)開發(fā)工具它分為以下幾部分：l(1) 節(jié)點(diǎn)開發(fā)器 l(2) 網(wǎng)絡(luò)管理器 l(3) 協(xié)議分析器和報(bào)文統(tǒng)計(jì)器

11、 l(4) 例子程序和開發(fā)板 2 LonManager工具工具 lLonManagerLonManager主要由一系列的軟件開發(fā)包和接口卡組主要由一系列的軟件開發(fā)包和接口卡組成，它包括：成，它包括：LonManager DDELonManager DDE，LonManager LonManager ProfileProfile和和LonMakerLonMaker，LonManagerLonManager協(xié)議分析儀。協(xié)議分析儀。l LonManager DDE:LonManager DDE:主要針對(duì)將主要針對(duì)將WindowsWindows系統(tǒng)作為系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該軟件能讓網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)

12、點(diǎn)，該軟件能讓W(xué)indowsWindows下開發(fā)應(yīng)下開發(fā)應(yīng)用軟件通過用軟件通過DDEDDE接口方便地發(fā)送或接收網(wǎng)絡(luò)變量。接口方便地發(fā)送或接收網(wǎng)絡(luò)變量。l LonManager ProfileLonManager Profile和和LonMakerLonMaker，由于，由于LonBuilderLonBuilder不便于攜帶，所以，不便于攜帶，所以，LonManagerLonManagerProfileProfile和和LonMakerLonMaker可以替代可以替代LonBuilderLonBuilder作為現(xiàn)場網(wǎng)作為現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)安裝工具，絡(luò)安裝工具，ProfileProfile完成節(jié)點(diǎn)的映像，完

13、成節(jié)點(diǎn)的映像，LonMakerLonMaker則完成網(wǎng)絡(luò)的安裝配置、維護(hù)和監(jiān)測(cè)。則完成網(wǎng)絡(luò)的安裝配置、維護(hù)和監(jiān)測(cè)。l LonManagerLonManager協(xié)議分析儀替代協(xié)議分析儀替代LonBuilderLonBuilder協(xié)議分協(xié)議分析器和報(bào)文統(tǒng)計(jì)器，作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析統(tǒng)計(jì)。析器和報(bào)文統(tǒng)計(jì)器，作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析統(tǒng)計(jì)。3 硬件接口卡硬件接口卡 l在在LonWorksLonWorks開發(fā)工具中還包含硬件接口卡，它開發(fā)工具中還包含硬件接口卡，它主要完成主機(jī)和神經(jīng)元芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。例主要完成主機(jī)和神經(jīng)元芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。例如，在如，在LonManager DDELonManager DDE中，通過中

14、，通過PCLTA(PC PCLTA(PC LonTalk Adaptor)LonTalk Adaptor)和和LONLON網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。在網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。在LonManagerLonManager協(xié)議分析儀中通過協(xié)議分析儀中通過PCC-10(PCMCIAPCC-10(PCMCIA接接口口) )或或PCLA(PCLonTalk)PCLA(PCLonTalk)和和LONLON網(wǎng)接口。網(wǎng)接口。5.8 LNS技術(shù)技術(shù) lLNS(LonWorks Network Service)是是Echelon公司最新開發(fā)出來的公司最新開發(fā)出來的LON總線的開發(fā)工具，它總線的開發(fā)工具，它提供給用戶一個(gè)強(qiáng)大的客戶提供給用戶一

15、個(gè)強(qiáng)大的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，是未來是未來LON總線的可互操作性基礎(chǔ)。使用總線的可互操作性基礎(chǔ)。使用LNS提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以保證從不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以保證從不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上提供的網(wǎng)絡(luò)管理工具可以一起執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安裝、上提供的網(wǎng)絡(luò)管理工具可以一起執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)；而眾多的客戶則可以同網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)；而眾多的客戶則可以同時(shí)申請(qǐng)這些服務(wù)器所提供的網(wǎng)絡(luò)功能。時(shí)申請(qǐng)這些服務(wù)器所提供的網(wǎng)絡(luò)功能。 采用采用LONLON總線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)六六. 面向?qū)ο蟮木幊陶Z言面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Neuron C l Neuron C是一種編程語言，它以ANS

16、I C為基礎(chǔ)，專門為神經(jīng)元芯片而設(shè)計(jì)，同時(shí)加入通信、事件調(diào)度、分布數(shù)據(jù)對(duì)象和I/O功能，是編寫神經(jīng)元芯片程序的最為重要的工具。 lNeuron C支持ANSI C的定義類型(typedefs)、枚舉類型(enums)、數(shù)組類型(arrays)、指針類型(pointers)、結(jié)構(gòu)類型(structs)和聯(lián)合類型(unions)。 網(wǎng)絡(luò)變量網(wǎng)絡(luò)變量 l 應(yīng)用程序可以定義一個(gè)特殊的靜態(tài)對(duì)象類網(wǎng)絡(luò)變應(yīng)用程序可以定義一個(gè)特殊的靜態(tài)對(duì)象類網(wǎng)絡(luò)變量，這些網(wǎng)絡(luò)變量可以是整型、字符型或結(jié)構(gòu)等類型。量，這些網(wǎng)絡(luò)變量可以是整型、字符型或結(jié)構(gòu)等類型。網(wǎng)絡(luò)變量可以與一個(gè)或多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量互連。網(wǎng)絡(luò)變量可以與一個(gè)或

17、多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量互連。網(wǎng)絡(luò)變量從通信的角度分為輸入或輸出，對(duì)于一個(gè)輸網(wǎng)絡(luò)變量從通信的角度分為輸入或輸出，對(duì)于一個(gè)輸入的網(wǎng)絡(luò)變量可以和其他節(jié)點(diǎn)的多個(gè)輸出的網(wǎng)絡(luò)變量入的網(wǎng)絡(luò)變量可以和其他節(jié)點(diǎn)的多個(gè)輸出的網(wǎng)絡(luò)變量互連而對(duì)于一個(gè)輸出的網(wǎng)絡(luò)變量也可以和其他節(jié)點(diǎn)的互連而對(duì)于一個(gè)輸出的網(wǎng)絡(luò)變量也可以和其他節(jié)點(diǎn)的多個(gè)輸入的網(wǎng)絡(luò)變量互連，值得注意的是輸出和輸出多個(gè)輸入的網(wǎng)絡(luò)變量互連，值得注意的是輸出和輸出或輸入和輸入是不能互連的?；蜉斎牒洼斎胧遣荒芑ミB的。l 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行共享，一個(gè)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行共享，一個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出的網(wǎng)絡(luò)變量更新，而所有與之相連的其他節(jié)點(diǎn)的輸出的網(wǎng)絡(luò)變量

18、更新，而所有與之相連的其他節(jié)點(diǎn)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量也相應(yīng)地更新。輸入網(wǎng)絡(luò)變量也相應(yīng)地更新。 應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例： T21/22 T21/22次京滬高檔車次京滬高檔車LonWorksLonWorks網(wǎng)絡(luò)列車監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)列車監(jiān)控系統(tǒng)l主要監(jiān)控對(duì)象：主要監(jiān)控對(duì)象： 1）列車各節(jié)車廂的空調(diào)總電流（含制冷、采暖工）列車各節(jié)車廂的空調(diào)總電流（含制冷、采暖工況）、故障顯示、溫度顯示、空調(diào)集控、溫度況）、故障顯示、溫度顯示、空調(diào)集控、溫度設(shè)定；設(shè)定；2）車廂的供電、照明工況和控制；）車廂的供電、照明工況和控制；3）塞拉門工況、塞拉門故障；）塞拉門工況、塞拉門故障；4）軸溫報(bào)警器；）軸溫報(bào)警器；5）防滑器；）防滑器；6）煙火報(bào)警器；）煙火報(bào)警器；7）列車管壓力、制動(dòng)支管壓力。）列車管壓力、制動(dòng)支管壓力。 T21/22網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D軸報(bào)軸報(bào)器器空調(diào)空調(diào)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)空調(diào)空調(diào)控制器控制器車門車門網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)車門車門控制器控制器煙火煙火網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)煙火煙火報(bào)警器報(bào)警器防滑防滑網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)防滑器防滑器供供 電電供電供電監(jiān)控監(jiān)控器器照照 明明制動(dòng)制動(dòng)20#車車代理節(jié)點(diǎn)代理節(jié)點(diǎn)軸報(bào)軸報(bào)器器空調(diào)