LON現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)互連適配器的設(shè)計(jì)

1、LON現(xiàn)場控制制網(wǎng)絡(luò)到以太太網(wǎng)互連適配配器的設(shè)計(jì)摘要：以單單片機(jī)為核心心連接現(xiàn)場控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)網(wǎng)互連適配器器的設(shè)計(jì)方案案，描述了神神經(jīng)元芯片使使用并行模式與單片機(jī)通通信的方法，介介紹了單單片機(jī)控制以以太網(wǎng)控制芯芯片的方法法。并采用語言實(shí)實(shí)現(xiàn)傳傳輸，完成了了系統(tǒng)的調(diào)試試與驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞詞： 以太網(wǎng) 單單片機(jī)隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)發(fā)展，在使用用計(jì)算機(jī)進(jìn)行行互聯(lián)的同時(shí)時(shí)，各種智能能家電、工業(yè)業(yè)控制、智能能儀器儀表、數(shù)數(shù)據(jù)采集都在在逐步趨向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化。但由由于以太網(wǎng)在在實(shí)時(shí)性和可可靠性的先天天不足，各種種現(xiàn)場總線技技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生生；更因?yàn)槠淦鋸氐椎拈_放放性、分散性性和完全可互互操作性等特特點(diǎn)，正成為為未來新型

2、工工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展方向向。以太網(wǎng)以以其應(yīng)用的廣廣泛性和技術(shù)術(shù)的先進(jìn)性，逐逐漸壟斷了商商用計(jì)算機(jī)的的通信領(lǐng)域和和過程控制領(lǐng)領(lǐng)域的上層信信息管理與通通信。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)上層管理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與下層控控制網(wǎng)絡(luò)的集集成，在實(shí)際際中必須實(shí)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)場總線與與以太網(wǎng)互聯(lián)聯(lián)?，F(xiàn)場總線線是美國公司年推出的的局部操作網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線在在網(wǎng)絡(luò)通信方方面具有突出出優(yōu)點(diǎn)，如網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)物理層支支持多種通信信介質(zhì)，支持持多種網(wǎng)絡(luò)拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。目目前使用技術(shù)的產(chǎn)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用用于工業(yè)、樓樓宇、家庭、能能源等自動(dòng)化化領(lǐng)域。本文文提出的適配配器連接方案案，能將控制網(wǎng)與與以太網(wǎng)無縫縫連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)透明傳輸。 HYPERLINK 圖1 互連適配器的電路

3、框圖 互連適配器硬件電路設(shè)計(jì)適配器使用的主主要芯片為神神經(jīng)元芯片、單片機(jī)和以太網(wǎng)控控制器。主要分分為控控制模塊、協(xié)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊塊和以太網(wǎng)通通信模塊。其其中，協(xié)議轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換由單片機(jī)機(jī)內(nèi)部軟件完完成。 控制模塊控制模塊塊主要完成對對網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)的管理并并向單片機(jī)傳傳輸數(shù)據(jù)，其其核心是神經(jīng)經(jīng)元芯片。神神經(jīng)元芯片與與其他設(shè)備的的互連是通過過其個(gè)口，編編程人員可以以定義多個(gè)引引腳為輸入輸出對象。用用戶程序可通通過（）和（）訪問這這些對對象，并在程程序執(zhí)行期間間完成輸入輸出操作。本本文設(shè)計(jì)的適適配器采用芯片預(yù)定義義的并行對象，實(shí)實(shí)現(xiàn)了高數(shù)據(jù)據(jù)速率和全雙雙工工作方式式。并行對象象利用的個(gè)口進(jìn)行通信信。其中為雙向數(shù)據(jù)

4、據(jù)線，為控制信號號線。借助令令牌傳遞握手手協(xié)議，并行行口可可外接處理器器，實(shí)現(xiàn)芯芯片與外接各各類微處理器器之間的雙向向數(shù)據(jù)通信。并并行口的速率率可達(dá)，工工作方式有三三種，即主模模式、從模模式和從模模式。不同的的模式下，這三根根控制信號線線的意義不同同。本文應(yīng)用用從模式與單片機(jī)連連接如表所所示。表1 Neuroon芯片與單單片機(jī)的連接接IO8片選信號線（CCS）接P22.5IO9讀寫信號線（RR/W）接PP3.6IO10握手信號線（HHS）接P11.0IO0IO77數(shù)據(jù)總線接P00.0P00.7從模式中，芯片為從機(jī)機(jī)，單片片機(jī)為主機(jī)。主主機(jī)與從機(jī)間間的數(shù)據(jù)傳輸輸通過虛擬的的寫令牌傳遞遞協(xié)議（ ）

5、實(shí)實(shí)現(xiàn)。主機(jī)和和從機(jī)交替地地獲得寫令牌牌，只有擁有有寫令牌的一一方可以寫數(shù)數(shù)據(jù)（不超過過字節(jié)節(jié)），或者不不寫任何數(shù)據(jù)據(jù)傳送一個(gè)空空令牌。傳送送的數(shù)據(jù)要遵遵從一定的格格式，即在要要傳送的數(shù)據(jù)據(jù)前面加上命命令碼和傳送送的數(shù)據(jù)長度度。命令碼有有（寫寫數(shù)據(jù)）、（傳遞遞空令牌）、（要要求從機(jī)同步步）、（確確認(rèn)同步）四四種，最后以以字節(jié)節(jié)結(jié)束。寫數(shù)數(shù)據(jù)和傳遞空空令牌的格式式分別如表、表所示示。表2 寫寫數(shù)據(jù)的格式式CMD_XFEERLengthDataEOM表3 傳遞空令令牌的格式CMD_NULLLEOM 以太網(wǎng)網(wǎng)通信模塊以太網(wǎng)通信模塊塊由單片片機(jī)和組成。以以太網(wǎng)控制器器由由臺(tái)灣公公司生產(chǎn)，腳封裝。它它支

6、持位數(shù)據(jù)總總線及個(gè)個(gè)基地地址選擇，使使用兼容的的寄存器結(jié)構(gòu)構(gòu)。它有一塊塊字節(jié)節(jié)的，地地址為。實(shí)際上它它是雙端口，可以以同時(shí)被網(wǎng)卡卡讀寫和用用戶讀寫，相相互之間不影影響。網(wǎng)卡讀讀寫比用戶讀讀寫的優(yōu)先級級高。分頁存儲(chǔ)，每每字節(jié)節(jié)稱為一頁。將將前頁作作為發(fā)送緩沖沖區(qū)（），后頁作為接收收緩沖區(qū)（）。以太網(wǎng)的介質(zhì)訪訪問控制、校驗(yàn)及及數(shù)據(jù)幀的接接收和發(fā)送都都由網(wǎng)卡自動(dòng)動(dòng)完成，只需需將包加加上目的地址和源源地址，再通通過遠(yuǎn)端接口對內(nèi)部部進(jìn)行行讀寫即可。網(wǎng)網(wǎng)卡的地址線線共根。用用到的網(wǎng)卡地地址為十六進(jìn)進(jìn)制的，基基地址為，從從地址。地址線線的是固定定的，只需根地址線即即可。所以輸入入輸出地址共共個(gè)，地地址偏移量

7、為為（對應(yīng)應(yīng)于）。對于位操作方式式，個(gè)地地址中只有個(gè)有用：共個(gè)寄存器地地址，為地地址，為復(fù)位地址址。本適配器器采用輪詢方方式，不使用用中斷。故與單單片機(jī)的連接接如表所示示。表4 RRTL80119as單片片的連接IORB讀信號，接P33.6IOWB寫信號，接P33.7RSTDRV復(fù)位信號，P33.4AEN地址信號，接地地IOCS16接下拉電阻，選選擇8位模式式S0S7數(shù)據(jù)總線，接單單片機(jī)P0口口A19A100，A6地址線接地A9，A5接P2.5（高高電平時(shí)選中中）A4A0接單片機(jī)P2.0P2.4表5 單片機(jī)發(fā)發(fā)往RTL88019ass的數(shù)據(jù)格式式以太網(wǎng)首部IP首部UDP首部數(shù)據(jù)14字節(jié)20字節(jié)

8、20字節(jié)128n字節(jié)節(jié)本適配器使用傳送數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)支支持的回應(yīng)應(yīng)答答和回應(yīng)請求求報(bào)文（命令），單單片機(jī)發(fā)往的數(shù)數(shù)據(jù)幀格式如如表所示。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)協(xié)議要要作一些簡化化，不考慮數(shù)數(shù)據(jù)分片和優(yōu)優(yōu)先權(quán)。因此此，在首首部中不討論論服務(wù)類型和和標(biāo)志偏移域域，只需填“”即可。 互連適適配器的硬件件電路設(shè)計(jì)由于只只有四個(gè)位位口，無無法同時(shí)與 和和通信信，故使用口作為數(shù)數(shù)據(jù)總線。作為為片選信號，高高電平為，低電電平為。圖給出出了互連適配配器的電路框框圖。其中和復(fù)用用同一條位位數(shù)據(jù)線，依依靠進(jìn)行片選。當(dāng)當(dāng)高高電平時(shí)，地址址（）有效效，被選中。作為單片機(jī)機(jī)的下載線，互互聯(lián)適配器也也可使用口與與計(jì)算機(jī)通信信。 HYP

9、ERLINK 圖2 適適配器工作流流程圖 互互連適配器的的軟件設(shè)計(jì)適配器的軟件編編寫包括兩部部分：一部分分是上上用 語語言編寫；另另一部分是在在上用語言開發(fā)發(fā)協(xié)議棧和和與、的通通信軟件，可可讀性強(qiáng)，可可方便地移植植到其他核心單片機(jī)機(jī)上。 適配器器的初始化單單片機(jī)和之間先建建立握手信號號，即信信號有效（由由的固固件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)）；然后，主主機(jī)發(fā)送一個(gè)個(gè)命令，要求求從機(jī)同步，而而從機(jī)接收到到這個(gè)信號后后，則發(fā)送，表示已同同步，可以通通信了。在通信前要要先讀取的內(nèi)內(nèi)容并設(shè)置內(nèi)內(nèi)部寄存器的的值（配置寄寄存器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)節(jié)點(diǎn)地址），再再由對的的頁與頁相關(guān)寄存器器進(jìn)行初始化化，即可正常常工作。 適配器器工作流程

10、考慮到網(wǎng)網(wǎng)主要作為監(jiān)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，特特別在樓宇自自動(dòng)化中的監(jiān)監(jiān)控，由網(wǎng)發(fā)往以以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)據(jù)較多，應(yīng)首首先保證其優(yōu)優(yōu)先權(quán)。且只有字節(jié)的的內(nèi)存，無法法處理大的以以太網(wǎng)幀。經(jīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較較，在最后具具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，選選擇最最大為每幀字節(jié)，盡盡量做到每收收個(gè)幀，發(fā)一一個(gè)以太網(wǎng)幀幀，流程如圖圖所示。 服務(wù)器器監(jiān)控軟件的的設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線線使用網(wǎng)絡(luò)變變量的方式傳傳送數(shù)據(jù)。一一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量量是網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一一個(gè)對象，各各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間的聯(lián)系通過過網(wǎng)絡(luò)變量實(shí)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量在在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中中被應(yīng)用程序序改變時(shí)，協(xié)議自動(dòng)動(dòng)將新值構(gòu)成成隱式消息透透明地發(fā)往可可與之共享的的其他節(jié)點(diǎn)，而而應(yīng)用程序則則不必考慮發(fā)發(fā)送、接收和和尋址的問題題。安裝在服服務(wù)器上的監(jiān)監(jiān)控軟件將需需要