關(guān)于1-Wire通用網(wǎng)絡(luò)剖析及其應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯關(guān)于1-Wire通用網(wǎng)絡(luò)剖析及其應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用概況Dallas的l—Wire為外設(shè)器件沿著一條電連接線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸提供了一種簡單的方案，任何l—Wire系統(tǒng)都包括一臺(tái)主機(jī)和一個(gè)或一個(gè)以上的從機(jī)，它們共用一條數(shù)據(jù)線。這條數(shù)據(jù)線被地址、控制及數(shù)據(jù)信息復(fù)用。大多數(shù)器件完全靠從數(shù)據(jù)線上獲得的電源供電，個(gè)別器件在條件許可情況下由本地電源供電。當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平時(shí)，電荷存儲(chǔ)在器件內(nèi)部；數(shù)據(jù)線為低電平時(shí)，器件利用這些電荷提供能量。多個(gè)器件通過一個(gè)端口連接到微處理器，1—Wire器件具有以下功能：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(NVRAM、EPROM、EEPROM)；讀取或記錄溫度、電壓、可變電阻、計(jì)數(shù)；控制與檢測(cè)及與其它系統(tǒng)的接口；計(jì)時(shí)以及加密等功能?；镜奶攸c(diǎn)1—Wire器件基本的特點(diǎn)是：每個(gè)器件都有一個(gè)在工廠激光刻制的地址(序列號(hào))，任何器件的地址不會(huì)重復(fù)，也就是說：每個(gè)器件的序列號(hào)是的。這樣，任何器件都能夠從眾多或許是掛接在同一總線上的器件中挑選出來。由于一個(gè)、兩個(gè)甚至十幾個(gè)1—Wire器件共享一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信，這就需要一種二進(jìn)制查詢算法以便查找總線上的器件。一旦知道每個(gè)器件的地址，就可利用該地址選擇任何一個(gè)器件進(jìn)行通信。1—Wire采用線或配置，主機(jī)為漏極開路輸出、由一個(gè)電阻上拉至3V或5V。從機(jī)為漏極開路輸出，只能將總線下拉至低電平。數(shù)據(jù)波形與速率1-Wire數(shù)據(jù)波形類似于脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，主機(jī)發(fā)出復(fù)位信號(hào)(保持低電平的周期長)同步整個(gè)總線。然后，由主機(jī)啟動(dòng)每一位數(shù)據(jù)時(shí)隙，利用寬脈沖或窄脈沖實(shí)現(xiàn)寫0或?qū)?。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)用窄脈沖啟動(dòng)時(shí)隙，從機(jī)將數(shù)據(jù)線保持在低電平、展寬低電平脈沖返回邏輯“0”，或保持脈寬不變返回邏輯“1”。大多數(shù)1—Wire器件支持兩種數(shù)據(jù)速率，較低的數(shù)據(jù)速率(標(biāo)準(zhǔn))約為14kbps，較高的數(shù)據(jù)速率大約為140kbps，目前正在研制可提供高達(dá)1Mbps數(shù)據(jù)速率的器件。協(xié)議采用自定時(shí)和允許很長的位間延遲，易于實(shí)現(xiàn)軟件中斷，數(shù)據(jù)通信任何數(shù)據(jù)通信首先要為后續(xù)通信選擇從機(jī)器件，可以根據(jù)需要選擇所有的從機(jī)或某個(gè)特定的從機(jī)(利用器件的序號(hào))，也可以按照二進(jìn)制查詢算法選擇下一個(gè)總線上的從機(jī)。一旦選定某個(gè)器件，其它器件將脫離總線，在下復(fù)位之前不參與后續(xù)通信選定某個(gè)器件后，主機(jī)可以發(fā)送器件特定的指令，發(fā)送數(shù)據(jù)給該器件或從該器件讀取數(shù)據(jù)。編碼每個(gè)從機(jī)器件的ID中有8位類型碼，類型碼對(duì)應(yīng)于器件的類型。由于不同類型的器件具有不同的功能，該編碼可用于選擇器件控制或查詢的規(guī)則。不同類型的器件功能不同、應(yīng)用目的也不同，因此也對(duì)應(yīng)有不同的協(xié)議。由于從機(jī)可能會(huì)有一些定時(shí)處理或監(jiān)視真實(shí)世界(異步)中的信息，它們有時(shí)需要獲得主機(jī)的快速響應(yīng)。由幾十個(gè)從機(jī)中利用的ID呼叫各個(gè)從機(jī)、然后讀取其內(nèi)部寄存器，因工作速度較低會(huì)加重了CPU負(fù)擔(dān)。又有一種稱為條件查詢的特殊器件查詢方式也可達(dá)到這一目的，在這種查詢方式中從機(jī)器件只有在滿足一定條件或發(fā)生某一事件與預(yù)定規(guī)則相符時(shí)才會(huì)被搜索到。主機(jī)按照一定的間隔實(shí)現(xiàn)這種條件查詢，任何被查找到的器件都是需要提供在線服務(wù)的器件。絕大多數(shù)1—Wire器件提供經(jīng)久耐用的不銹鋼封裝，尺寸相當(dāng)于疊在一起的四枚一角硬幣，稱其為出iButton’有些iButton內(nèi)部帶有微型鋰電池，為內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘或數(shù)據(jù)記錄儀供電，可保持NVSRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)或配置信息達(dá)十年之久。有些iButton采用EEPROM，無需備用電池。這些不銹鋼iButton的序列號(hào)被光刻在蓋子上，以便用戶識(shí)別。許多1—Wire器件還提供標(biāo)準(zhǔn)的SOIC、TSOC或TO封裝，便于安裝在PC板上。另外，有些器件還可提供倒裝芯片。1-Wire外設(shè)包括各種PC機(jī)串口或并口適配器、插座、表鏈、固定器及多種iButto配件。1-Wire各類器件及技術(shù)應(yīng)用DS2401、DS2409特征及在計(jì)算機(jī)檢測(cè)在自動(dòng)侖儲(chǔ)系統(tǒng)貨位虛實(shí)識(shí)別中的應(yīng)用DS2401特征貨位虛實(shí)的檢測(cè)：1-Wire器件中的DS2401為尺寸極小(1。3mm×0。6mm)的電子序列號(hào)，是1-Wire器件中簡單的一種，屬可尋址開關(guān)。利用DS2401可以為貨位貼上一個(gè)的電子標(biāo)簽。每個(gè)器件都由工廠激光預(yù)刻了一個(gè)的、不可更改的64位序列號(hào)，即它內(nèi)部有64位串行碼組成的8字節(jié)的標(biāo)識(shí)碼。個(gè)字節(jié)表示1-Wire器件類型；接下來的6個(gè)字節(jié)是其的地址碼，使得同類具有248種地址碼，以保證在微局域網(wǎng)上不會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)地址沖突；一個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼，以供主機(jī)在讀地址是判斷是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤。因此，如需判斷某開關(guān)的開閉狀態(tài)時(shí)，主機(jī)只要讀與開關(guān)相連的的DS2401地址碼即可，若讀到器件的地址碼，說明該開關(guān)處于閉合狀態(tài)，其貨位為實(shí)；否則說明開關(guān)處于斷開狀態(tài)，其貨位為虛。這樣就實(shí)現(xiàn)了的貨位檢測(cè)。因?yàn)樵诖?，每一個(gè)1-Wire器件的DS2401可尋址開關(guān)，代表著一個(gè)貨位。用于貨位虛實(shí)的檢測(cè)該法它適用了對(duì)于貨位要求更高和可靠性高的場(chǎng)合，即在的每個(gè)貨位上安裝一個(gè)開關(guān)，開關(guān)可以是機(jī)械、光電、磁或其它原理的。但問題是大量的開關(guān)與識(shí)別裝置（計(jì)算機(jī)）的聯(lián)線是比較煩惱之事。因此，限度減少聯(lián)線的數(shù)目是該方法的關(guān)鍵。為此，采用當(dāng)代型的一線（網(wǎng)絡(luò)）法(1-WireNet)，可謂是一種性能價(jià)格比較好的設(shè)計(jì)方案。*DS2401組成的一線（網(wǎng)絡(luò)）法(1-WireNet)該技術(shù)也稱為微局域網(wǎng)(MicroLAN)，是由總線主機(jī)(BUSMaster)、數(shù)據(jù)線普通雙絞線(及其扦接件)和1-Wire器件等三類設(shè)備所構(gòu)成廉價(jià)網(wǎng)絡(luò)，見圖3所示。在總線主機(jī)與1-Wire器件之間雙向（半雙工）傳遞信號(hào)和給1-Wire器件供電僅靠一根線(普通雙絞線數(shù)據(jù)線)，1-WireNet因此而得名。一線網(wǎng)絡(luò)對(duì)總線主機(jī)的要求不高，任何標(biāo)準(zhǔn)微處理器都可作為總線主機(jī)，如晶振頻率1.8MHz以上的8051系列單片機(jī)、具有115.2kpbsUART的微型計(jì)算機(jī)(PC)等。*貨位為巨量對(duì)時(shí)的電子標(biāo)簽的使用：當(dāng)DS24011-Wire器件的數(shù)目(n)超過98時(shí)，則必須使用1-Wire擴(kuò)展器件DS2409(MicroＬＡＮＣｏｕｐｌｅｒ)，見圖4所示，這樣使得可使用的1-Wire器件數(shù)目幾乎沒有限制。這樣只要在自動(dòng)侖儲(chǔ)系統(tǒng)中的每個(gè)貨位上安裝含６４ＫＥＥＰＲＯＭ的可尋址開關(guān)1-Wire器件，也等于給貨位加上了一個(gè)可讀／寫的電子標(biāo)簽。這樣，電子標(biāo)簽中不僅包含貨位的虛實(shí)狀態(tài)，而且還可包含貨物其它信息，例如在貨位的適當(dāng)位置安裝數(shù)字溫度傳感器，可以了解貨位的溫度。從上應(yīng)用可看出，用新型的新型1-Wire的DS2401與DS2409設(shè)及其組成的一線（網(wǎng)絡(luò)）法不僅在于貨位虛實(shí)的探測(cè)并將聯(lián)線數(shù)目減到，而且還可進(jìn)一步擴(kuò)展其它用途。數(shù)字溫度傳感器DSl8B20、DSl8C20或DSl822特點(diǎn)和在多路溫度巡迥監(jiān)控系統(tǒng)中通信接口的應(yīng)用1-Wire(一線制)數(shù)字溫度傳感器己被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)控制與撿測(cè)的設(shè)備儀器之中，但如何應(yīng)嵌入與連接在系統(tǒng)之術(shù)是設(shè)計(jì)人員所關(guān)切的技術(shù)問題。先述數(shù)字溫度傳感器DSl8B20、DSl8C20或DSl822糸列的特點(diǎn)。該糸列是業(yè)內(nèi)更高精度(±5℃)的1-Wire多點(diǎn)數(shù)字溫度傳感器，其特點(diǎn)是：*具有1-Wire數(shù)字接口*的64位序列號(hào)*寬廣的溫度測(cè)量范圍為-55℃至+125℃*具有非易失用戶(2字節(jié)EEPROM)可編程觸發(fā)點(diǎn)的過熱告警*測(cè)量分辨率可由用戶配置為9至12位*封裝形式包括TO-92，150mil8腳SOIC和倒裝片DSl8x20或DSl822溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖5所示。目前有數(shù)種方法，可將1-Wire器件數(shù)字溫度傳感器，如DSl8B20、DSl822或DSl8S20與微控制器接口。這些方法包括：從簡單的硬件、軟件方案，到串行接口芯片(如DS2480)及Dallas1-WireASIC即(將經(jīng)過整合的半導(dǎo)體超高規(guī)模集成電路硬件描述語言1-Wire主控器制造成專用集成電路)等。值此，只簡述了一種簡單的硬件解決方案，可實(shí)現(xiàn)微控制器和任意個(gè)數(shù)的DSl8x20或DSl822溫度傳感器之間的1-Wire通信。采用多個(gè)1-Wire溫度傳感器時(shí)的硬件配置，該硬件很簡單。一線制(1—Wire)總線向所有的器件既提供通信連接，又提供工作電源?？偩€電源經(jīng)由一個(gè)連接于3V至5.5V電源端的4.7KΩ上拉電阻提供。由于每個(gè)器件具有的64位ROM識(shí)別碼，所以掛接在總線上的1-Wire器件數(shù)量幾乎不受限制。多個(gè)1-Wire溫度傳感器通過1-Wire總線與采用DS5000糸列(與MCS—8051單片機(jī)兼容)的微控制器相接口。以上是新型多點(diǎn)1-wire數(shù)字溫度傳感器與微控制器硬、軟件接口簡易的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過多路溫度巡迥監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)采集、檢測(cè)的使用，其特點(diǎn)是具有較高的性能比，即程式簡單、檢測(cè)準(zhǔn)確、使用方便可靠。DS1963SiButton(鈕扣型)在加密封電子標(biāo)記的應(yīng)用當(dāng)前新型加密封電子標(biāo)記產(chǎn)品種類及應(yīng)用為數(shù)不少，值此僅簡介一例，以使人們對(duì)加密電子標(biāo)記其特性與結(jié)構(gòu)有所了解，避免看不見模不著的神密感，也有利于公共安全觀的增強(qiáng)。關(guān)于DS1963SiButton(鈕扣型)DallasSemiconductor的DS1963SiButton(鈕扣型)是一種加密封電子標(biāo)記，能夠滿所有的這些要求。每個(gè)標(biāo)記具有統(tǒng)一的、工廠激光刻度的64位身份識(shí)別號(hào)，512字節(jié)、鋰鐘電池備份的NVRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以及8組64位保護(hù)密碼。所有這些裝配于一個(gè)小型的、牢固的不銹鋼殼體內(nèi)。與主機(jī)雙向通信由單根數(shù)據(jù)線完成，速率高達(dá)140kbs，在500us以內(nèi)就可完成內(nèi)部的SHA－l算法。如果通過窮舉方式，64位密碼需要大約9，223000，000000，000，000次嘗試才能破譯，因而，采用窮舉方式難度很大是不現(xiàn)實(shí)的。ibutton能夠象珠寶一樣配帶，也可以附著在ID卡或徽章上，還可以象鑰匙一樣攜帶。它可以放置于容器、柜子、產(chǎn)品或運(yùn)輸色裝中。當(dāng)然它還可以嵌入到一個(gè)元件內(nèi)或電路板上。DallasSemiconductor的DS19615SiButton是DS1963S的EEPROM類型。它具有128字節(jié)的存儲(chǔ)器，提供一種寫保護(hù)方式，在保擴(kuò)方式被修改之前，主機(jī)須通過SHA。DS1963S還具有協(xié)處理器的能力，在售貨和收費(fèi)系統(tǒng)中，主機(jī)端的處理能力和速度通常是有限制的。當(dāng)作為協(xié)處理器使用時(shí)，DS1963S能夠安全地存儲(chǔ)和保護(hù)系統(tǒng)密碼，快速地執(zhí)行SHA－l算法，安全地存儲(chǔ)收到的資金，以及提供一個(gè)鞋一的系列號(hào)，以識(shí)別是哪個(gè)收費(fèi)箱或售貨機(jī)。作為協(xié)處理器，DS1963Sibutton還能夠保存主機(jī)所用的關(guān)鍵配置和價(jià)格數(shù)據(jù)。這樣主機(jī)的任務(wù)大大降低，只是簡單地在iButton之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。電子鈔票系統(tǒng)已經(jīng)證實(shí)，采用這里描述的所有安全特性，執(zhí)行金融交易的時(shí)間小于50ms。DS24321-Wire(一線制)1K位EEPROM電子加密標(biāo)記其芯片內(nèi)部組成見圖7所示。所謂1-Wire(一線制)是用單根總線向器件(芯片DS2432)既提供通信連接又提供工作電源。而單根總線電源可由2.8V至5.25V電源端經(jīng)由4.7kΩ上拉電阻Rpu提供(見圖7所示)，并且有寬廣的工作范圍：2.8V至5.25V，-40℃至+85℃；而標(biāo)記芯片DS2432與主機(jī)(up微處理器)也只是用單根數(shù)據(jù)線完成與主機(jī)雙向通信。該標(biāo)記也具有的、工廠激光刻度的64位ROM身份識(shí)別號(hào)；1K位EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及1組64位保護(hù)密碼。之所以它具有安全保障特性，是因?yàn)椴捎蒙⒘屑用芩惴?SHA-1)為所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)提供質(zhì)詢/響應(yīng)保護(hù)。DS2432的SHA-1安全特性提供了一個(gè)低成本的電子手段來保護(hù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)；對(duì)大批量消費(fèi)產(chǎn)品進(jìn)行售后積跟蹤；實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的電子支付系統(tǒng)；或者是作為一個(gè)防竄改的數(shù)據(jù)載體，其執(zhí)行160位SHA-1算法只需1ms。當(dāng)然DS2432也可用于兩個(gè)獨(dú)立的、遠(yuǎn)離的系統(tǒng)通時(shí)公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互識(shí)別和安全地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。用1-WireDS2409高邊開關(guān)及技術(shù)在構(gòu)建選擇-點(diǎn)亮系統(tǒng)-“鑰匙柜”中的應(yīng)用為那些需要在行或列矩陣中挑選某個(gè)項(xiàng)目(如從櫥柜中尋找某把鑰匙)的應(yīng)用提供了一個(gè)有趣的通用實(shí)例，例如，假定某人想從儲(chǔ)藏柜中取一把鑰匙。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，需要為每把鑰匙佩帶一個(gè)手寫的標(biāo)簽，而且要掛在櫥柜的適當(dāng)位置。索取鑰匙時(shí)，需核對(duì)鑰匙的標(biāo)簽或確知鑰匙在櫥柜的存放位置。鑰匙用完后必須放回原位，一旦鑰匙放錯(cuò)位置就要逐個(gè)核查鑰匙標(biāo)簽、直至找到所需鑰匙并將其放在合適位置為止。設(shè)計(jì)思想現(xiàn)在，利用計(jì)算機(jī)或up數(shù)據(jù)總線(DATA)主控可以保持跟蹤“鑰匙”的去向，而不必顧慮鑰匙是否放到了確切位置。這種系統(tǒng)的基本原理是每把鑰匙有一個(gè)的識(shí)別號(hào)(1D--identification)，例如，為每把鑰匙地配備(或嵌入)一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的具有硅序列號(hào)的1-Wire芯片，即美國DALLAS公司產(chǎn)的DS2401芯片。查找某把鑰匙時(shí)，主機(jī)將鑰匙存放位置的LED點(diǎn)亮。這樣鑰匙放回櫥柜時(shí)可以放在任意位置，因?yàn)镈ATA總線主控可通過讀取其的ID號(hào)確定它的存放地址。保存鑰匙的空間陣列可應(yīng)用微型區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)耦合器--DS2409和雙路可尋址開關(guān)DS2406來構(gòu)成。其DS2409用于選擇行地址，而DS2406用于選擇列地址?！拌€匙柜”組成應(yīng)用兩片DS2409高邊開關(guān)(指與+5V相連稱為高邊)選擇兩行中的某一行，單片DS2406雙路低邊開關(guān)(指與地相連稱為低邊)與列選擇電路功能相同，圖8中畫出了一組簡單的2x2LED陣列，通過總線(DATA)主控尋址為選中的交叉點(diǎn)提供視覺指示。相應(yīng)增加DS2409和／或DS2406的芯片數(shù)可以很容易地增加行或列地址，擴(kuò)展X軸或Y軸的矩陣規(guī)模。按照這種方法，一個(gè)MxN陣列的尺寸僅受總負(fù)載的限制，原理圖8中的iButton端口可以是接受器(探測(cè)器)、甚至用于線路板安裝的焊裝連接器DS9098P等。系統(tǒng)工作系統(tǒng)工作時(shí)，主機(jī)選擇DS2409輔助輸出(AUX)控制感興趣的行地址，對(duì)應(yīng)于DS2406的列輸出與行地址相交于鑰