《《精编》LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计摘要：以单片机为核心连接现场控制网络与以太网互连适配器的设计方案，描述了神经元芯片使用并行模式与单片机通信的方法，介绍了单片机控制以太网控制芯片的方法。并采用语言实现传输，完成了系统的调试与验证。 关键词： 以太网 单片机随着互联网的发展，在使用计算机进行互联的同时，各种智能家电、工业控制、智能仪器仪表、数据采集都在逐步趋向网络化。但由于以太网在实时性和可靠性的先天不足，各种现场总线技术应运而生；更因为其彻底的开放性、分散性和完全可互操作性等特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。以太网以其应用的广泛性和技术的先进性，逐渐垄断了商用计算机的通信领域
2、和过程控制领域的上层信息管理与通信。为实现上层管理网络与下层控制网络的集成，在实际中必须实现现场总线与以太网互联。现场总线是美国公司年推出的局部操作网络。现场总线在网络通信方面具有突出优点，如网络物理层支持多种通信介质，支持多种网络拓扑结构等。目前使用技术的产品广泛应用于工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。本文提出的适配器连接方案，能将控制网与以太网无缝连接，实现透明传输。图1 互连适配器的电路框图 互连适配器硬件电路设计适配器使用的主要芯片为神经元芯片、单片机和以太网控制器。主要分为控制模块、协议转换模块和以太网通信模块。其中，协议转换由单片机内部软件完成。 控制模块控制模块主要完成对网数据
3、的管理并向单片机传输数据，其核心是神经元芯片。神经元芯片与其他设备的互连是通过其个口，编程人员可以定义多个引脚为输入输出对象。用户程序可通过（）和（）访问这些对象，并在程序执行期间完成输入输出操作。本文设计的适配器采用芯片预定义的并行对象，实现了高数据速率和全双工工作方式。并行对象利用的个口进行通信。其中为双向数据线，为控制信号线。借助令牌传递握手协议，并行口可外接处理器，实现芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通信。并行口的速率可达，工作方式有三种，即主模式、从模式和从模式。不同的模式下，这三根控制信号线的意义不同。本文应用从模式与单片机连接如表所示。表1 Neuron芯片与单片机的连接IO
4、8片选信号线（CS）接P2.5IO9读写信号线（R/W）接P3.6IO10握手信号线（HS）接P1.0IO0IO7数据总线接P0.0P0.7从模式中，芯片为从机，单片机为主机。主机与从机间的数据传输通过虚拟的写令牌传递协议（ ）实现。主机和从机交替地获得写令牌，只有拥有写令牌的一方可以写数据（不超过字节），或者不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据要遵从一定的格式，即在要传送的数据前面加上命令码和传送的数据长度。命令码有（写数据）、（传递空令牌）、（要求从机同步）、（确认同步）四种，最后以字节结束。写数据和传递空令牌的格式分别如表、表所示。表2 写数据的格式CMD_XFERLengthData
5、EOM表3 传递空令牌的格式CMD_NULLEOM 以太网通信模块以太网通信模块由单片机和组成。以太网控制器由台湾公司生产，脚封装。它支持位数据总线及个基地址选择，使用兼容的寄存器结构。它有一块字节的，地址为。实际上它是双端口，可以同时被网卡读写和用户读写，相互之间不影响。网卡读写比用户读写的优先级高。分页存储，每字节称为一页。将前页作为发送缓冲区（），后页作为接收缓冲区（）。以太网的介质访问控制、校验及数据帧的接收和发送都由网卡自动完成，只需将包加上目的地址和源地址，再通过远端接口对内部进行读写即可。网卡的地址线共根。用到的网卡地址为十六进制的，基地址为，从地址。地址线的是固定的，只需根地址
6、线即可。所以输入输出地址共个，地址偏移量为（对应于）。对于位操作方式，个地址中只有个有用：共个寄存器地址，为地址，为复位地址。本适配器采用轮询方式，不使用中断。故与单片机的连接如表所示。表4 RTL8019as单片的连接IORB读信号，接P3.6IOWB写信号，接P3.7RSTDRV复位信号，P3.4AEN地址信号，接地IOCS16接下拉电阻，选择8位模式S0S7数据总线，接单片机P0口A19A10，A6地址线接地A9，A5接P2.5（高电平时选中）A4A0接单片机P2.0P2.4表5 单片机发往RTL8019as的数据格式以太网首部IP首部UDP首部数据14字节20字节20字节128n字节本
7、适配器使用传送数据，同时支持的回应应答和回应请求报文（命令），单片机发往的数据帧格式如表所示。用单片机实现协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在首部中不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“”即可。 互连适配器的硬件电路设计由于只有四个位口，无法同时与 和通信，故使用口作为数据总线。作为片选信号，高电平为，低电平为。图给出了互连适配器的电路框图。其中和复用同一条位数据线，依靠进行片选。当高电平时，地址（）有效，被选中。作为单片机的下载线，互联适配器也可使用口与计算机通信。图2 适配器工作流程图 互连适配器的软件设计适配器的软件编写包括两部分：一部分是上用 语言编写；另一部分是在上用语言
8、开发协议栈和与、的通信软件，可读性强，可方便地移植到其他核心单片机上。 适配器的初始化单片机和之间先建立握手信号，即信号有效（由的固件自动实现）；然后，主机发送一个命令，要求从机同步，而从机接收到这个信号后，则发送，表示已同步，可以通信了。在通信前要先读取的内容并设置内部寄存器的值（配置寄存器，网络节点地址），再由对的页与页相关寄存器进行初始化，即可正常工作。 适配器工作流程考虑到网主要作为监控网络，特别在楼宇自动化中的监控，由网发往以太网的数据较多，应首先保证其优先权。且只有字节的内存，无法处理大的以太网帧。经过实验比较，在最后具体实现时，选择最大为每帧字节，尽量做到每收个帧，发一个以太网帧，流程如图所示。 服务器监控软件的设计现场总线使用网络变量的方式传送数据。一个网络变量是网络节点的一个对象，各个节点之间的联系通过网络变量实现。当一个网络变量在一个节点中被应用程序改变时，协议自动将新值构成隐式消息透明地发往可与之共享的其他节点，而应用程序则不必考虑发送、接收和寻址的问题。安装在服务器上的监控软件将需要改变的网络变量数据利用通过以太网发往指定地址的适配器，适配器将自动完成各个数据向相应设备的传输。同样，适配器也将设备发来的网络变量使用发往指定的服务器。使用编写了一个简单的设备监控软件。实验中，它能同时管理路的数据采集和控制，适配器达到了的峰值速率。实验模型如图所示。
