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武汉理工大学硕士学位论文 摘要 a n y b t t s 技术由h m s 公司于1 9 9 3 年提出。a n y b u s 不是一种现场总线，可 以说是一系列支持所有工业现场网络的产品总称。a n y b u s 技术和相关产品可分 成嵌入式a n y b u s 技术、a n y b o s 网络产品和a n y b u s p c i 接i e l 产品三类，主要 是为了方便把一些非l o n 网的外围产品连接到l o n w o r k s 现场总线，或者连接 起两种不同的现场网络。a n y b u s 技术之所以被提出，并迅速为工业控卷4 领域所 接受，主要是当前的现场总线缺乏一定的可兼容性，例如，所熟悉的 l o n w o r k s ( l o e a lo p e r a t i n gn e t w o r k s ，局部操作网络) 总线，它是由美国e c h e l o n 公司推出的一种具有开放性、高速性的现场总线技术，推动了可互操作的装置 和系统的发展，但由于该技术不规定装置的应用程序如何构成，非l o n w o r k s 技术的设备不能直接上总线，这就给l o n w o r k s 总线的兼容性应用带来了技术问 题。a n y b u s 技术的提出，则解决了此类问题，可以方便地实现非l o n w o r k s 技 术的产品与l o n 总线的互联。 a n y b u s - sl o n w o r k s 模块硬件电路由l o n w o r k 总线接口模块、主控芯片与 n e u r o n 3 1 5 0 芯片主从通信接口模块、应用接口模块三个部分组成，模块的核心 在于主控芯片与n e u r o n 3 1 5 0 芯片的并口通信。主控芯片在整个控制模块中起着 上通下达的功能，它主要是作为协议转换，完成外部设备标准信号与l o n t a l k 协议之间的转换，向上与上位p c 机或其它控制设备进行串口或并口通讯，向下 与n e u r o n 3 1 5 0 芯片进行并口通讯。n e u r o n 芯片则相当于辅c p u ，作为通信协处 理器，主要起l o n 网接口功能。n e u r o n 芯片将从主控芯片接收到的来自上位 p c 机或其它外部控制设备的报文解析成l o n t a l k 协议报文，通过l o n w o r k s 网 络收发器传向l o n 网，或将从l o n 网上接收到的l o n t a l k 协议报文转发给主 控芯片，再由主控芯片传向上p c 机或其它外部控制设备。整个部分是嵌入式 a n y b u s 技术应用在l o n w o r k s 总线的核心所在。a n y b u s sl o n w o r k s 模块软件 设计由主从通信功能设计、串口通信功能设计和n e u r o n 3 1 5 0 芯片程序设计三部 分组成。其中，主控芯片与n e u r o n 3 1 5 0 芯片之间的数据通信协议是模块软件设 计的关键。主控芯片与n e u r o n 3 1 5 0 芯片的主从通信完成l o n t a l k 协议的6 7 层 的功能，主控芯片模拟并行双向i o 的通信协议，按照预先约定的通信协议把数 武汉理工大学硕士学位论文 据发送给n e u r o n 3 1 5 0 芯片，n e u r o n 3 1 5 0 芯片再通过l o n 网收发器传送到 l o n w o r k s 总线上。 所设计的a n y b u s sl o n w o r k s 模块有内置的f t 3 1 5 0 芯片，内部固化了 l o n t a l k 协议，可支持二次开发。有了该模块对现场通信的支持，使得局部操作 网l o n 将在更多的领域得到更为广泛的应用。 关键词：l o n w o r k s ：a n y b u s ；n e u r o n 芯片 l l 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a n y b u st e c h n o l o g yw a 8p r o p o s e db yh m sc o m p a n y , a n y b u si sn o tak i n do f b u s , t ob ep r e c i s e l y , i ts h o u l db eas e r i e so fp r o d u c t sg e n e r a ln a m e st h a ts u p p o r t o n - t h e s p o ti n d u s t r yn e t w o r k a n y b u st e c h n o l o g ya n dp r o d u c t sc a l lb ed i v i d e di n t o t h r e ek i n d so fa p p l i c a t i o n ：e m b e d d e da n y b u st e c h n o l o g y , a n y b u sn e t w o r k i n g p r o d u c t sa n da n y b u s - p c ii n t e r f a c e a l lt h e s et h r e ek i n d so fp r o d u c t sa r en o tt h e $ a n l ei nt h et y p e ，u s ea n df u n c t i o na n da p tt oa p p l yt oi n d u s t r y sn e t w o r kf i e l d l o n w o r k si sak i n do fo n - t h e s p o tb u st e c h n o l o g y 、i t ho p e n i n g ，h i 曲s p e e da n d e x t e n s i v e l ya p p l i e dt oa u t o m a t i cf i e l d ，s u c ha si n d u s t r y , b u i l d i n g ，f a m i l y , o f f i c e e q u i p m e n t , c o m m u n i c a t i o n sa n dt r a n s p o r t a t i o n e t c l o n w o r k st e c h n o l o g yh a s a d v a n c e dt h ed e v e l o p m e n to ft h ed e v i c ea n ds y s t e mt h a tc a l lo p e r a t ee a c ho t h e r , b u t t h i st e c h n o l o g yd o e sn o ts t i p u l a t eh o wt of o r mt h ea p p l i c a t i o np r o g r a mo ft h ed e v i c e ， s ot h ee q u i p m e n to u to fl o n w o r k st e c h n o l o g yc a n n o tb ea p p l i e dt ob u sd i r e c t l y , t h i s h a sb r o u g h tt e c h n o l o g i c a lq u e s t i o nt oa p p l i c a t i o no fl o n w o r k sb u s t h i sp a p e ra i m s a tp r o p o s i n gak i n do fs o l u t i o nt or e a l i z et h ei n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e np r o d u c t sa n d b u s , a n dg i v ea n o t h e rw a yt ob u i l da n di n s t a l ll o n w o r k sn o d eo nt h i sb a s i s t h i st h e s i si n v o l v e st h ea p p l i c a t i o no fe m b e d d e da n y b u st e c h n o l o g ym a i n l y i n d e s i g n i n ga n y b u s sl o n w o r k sm o d u l e ，l o n w o r k si n t e r f a c em o d u l e ，t h ep r i n c i p a l a n ds u b o r d i n a t ec o m m u n i c a t i o nu n i to fm c ua n dn e u r o nc h i p ，a p p l i c a t i o ni n t e r f a c e m a k eu p 卸i n d e p e n d e n tw h o l e , t h ec o r eo f t h em o d u l el i e si nc o m m u n i c a t i o no f t h e t h ep r i n c i p a la n ds u b o r d i n a t eu n i to fm c ua n dn e u r o nc h i p t h ec o n t r o lc h i ph a v e t h ec o h e r e n tf u n c t i o nw h i l eb e i n gc o m m u n i c a t e ，i tm a i n l yc h a n g e st h ea g r e e m e n ta n d f i n i s h e st h ec o n v e r s i o nb e t w e e nt h es t a n d a r ds i g n a lo ft h eo u t s i d ee q u i p m e n ta n d l o n t a l ka g r e e m e n t t h ep r i n c i p a lm c uc o m m u n i c a t ew i t hp co rt h eo t h e r e q u i p m e n tu p w a r d sa n dc o m b i n en e u r o nc h i pd o w n w a r d st h r o u g hp a r a l l e li o n e u r o n 315 0 c h i p i s e q u i v a l e n t t oc o m p l e m e n t i n gc p u ，a st h ep r o c e s s o ro f c o m m u n i c a t i o na s s o c i a t i o n ，g i v e sl o ni n t e r f a c ef u n c t i o no fan e t w o r km a i n l y n e u r o nc h i pr e c e i v et h ed a t af r o mp r i n c i p a lc h i pw h i c hc o m ef r o mt h ep co ro t h e r 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 e q u i p m e n t t h e ni tp a s sl o n n e t w o r kt h r o u g hl o n w o r k sn e t w o r kt r a r l s c e i v e r , e i t h e r , i tr e c e i v ed a t at r a n s l a t e dt ol o n t a l ka g r e e m e n tf r o ml o nn e t w o r k , a n dg i v e 埘n c i p a le l l i p , a n dt h e np a s sp c o ro t h e ro u t s i d ee q u i p m e n tu p w a r d s t h es o f t w a r e d e s i g n i n go fa n y b u s - sl o n w o r k sm o d u l e i sm a d eu po ft h ep r i n c i p a la n d s u b o r d i n a t ec o m m u n i c a t i o nu n i t , s e r i a lc o m m u n i c a t i o nu n i ta n dn e u r o n 3 1 5 0u n i t t h e w h o l ep a r ti st h ek e yo fa p p l y i n gt ol o n w o r k sb u si na n y b u se m b e d d e dt e c h n o l o g y m e a n w h i l e , t h ed a t ac o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e nm a s t e rc h i pa n dn e u r o nc h i pi s k e y si np r o g r a mo ft h em o d u l ed e s i g n i n g i no r d e rt op r e v e n tt h eb u sc o n f l i c t , n e u r o n 3 1 5 0c h i pf i r l t i w a r ec a r r i e so u tt ot r a n s m i tt h ea g r e e m e n tt or e a l i z ea n dt h e c o m m u n i c a t i o no ff o e q u i p m e n ta n dg u a r a n t e ei ti ss a f ea n dr e l i a b l e t h ep r i n c i p a l a n ds u b o r d i n a t ec o m m u n i c a t i o nu n i to fm c ua n dn e u r o nc h i pf i n i s h6 - 7l a y e r so f f u n c t i o n so fl o n t a l ka g r e e m e n t , a n ds i m u l a t et h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo f b i d i r e c t i o n a lf o ，s e n dt h ed a t at on e u r o n 3 1 5 0c h i pa c c o r d i n gt ot h ep r e s p e c i f i e d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，a n dt h e nn e u r o n 3 1 5 0c h i pc o n v e yt ol o n w o r k sb u s t h r o u g ht r a n s c e i v e ro f l o nn e t w o r k a n y b u s sl o n w o r k sm o d u l eh a sb u i l t i nf t 3 1 5 0c h i pw h i c ht h el o n t a l k p r o t o c o ls o l i d i f i e di n , s ot h en s e rc a na p p l yt h ep e r i p h e r a lh a r d w a r et ol o nb u s e x p e d i e n t l y , l o c a lo p e r a t i n gn e t w o r k sc a ng e tm o r ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni nm o r e f i e l d s 、i t l lt h es u p p o r to f a n y b u s - st oc o m m u n i c a t i o nf i e l d w o r k k e y w o r d s ：l o n w o r k s ；a n y b n s ；n e u r o nc h i p i v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：k e t 期：业嗵 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：牝导师签名：邋同期： 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 a n y b u s 技术是由h m s 公司于1 9 9 3 年提出的，a n y b u s 不是一种总线，确 切地说，相当于一系列支持所有工业现场网络的产品总称。a n y b u s 技术和相关 产品可分成嵌入式a n y b u s 技术、a n y b u s 网络产品和a n y b u s - p c i 接口产品三 类【，这三类产品可广泛应用于d e v i e e n e t 、p r o f i b u s 、m o d b u s 、l o n w o r k s 或以 太网等多种总线领域。a n y b u s 技术之所以被提出，并逐渐为工业控制领域所接 受，主要因为当前的多种总线缺乏一定的兼容性与互联性。例如，若设计一种 工业产品要打入美国市场，就需要与e t h e r n e t i p 和d e v i e e n e t 兼容，若把该产 品出口到欧洲、亚洲，又需要与p r o f i b u s ，m o d b u s 、c c l i n k 等总线兼容。如果 引入了a n y b u s 技术，问题就简单多了。只需在该工业产品中插入a n y b u s 接口， 应用时就可把e t h e r n e t i p 接口或者p r o f i b u s 接口连接起来。这样，产品就有了 多现场总线的兼容性。总体说来，a n y b u s 技术是为了方便把一些非现场总线的 外围产品连接到多种总线上，或者利用该技术连接起两种不同的现场网络。 在多种现场总线中，l o n w o r k s ( l o e a lo p e r a t i n gn e t w o r k s ，局部操作网络) 总 线广泛应用于工业、楼宇、家庭、办公设备以及交通运输等自动化领域。它是 由美国e c h e l o n 公司推出的一种具有开放性、高速性的现场总线技术，该技术推 动了可互操作的装置和系统的发展，但由于此技术不规定装置的应用程序如何 构成，非l o n w o r k s 技术的设备不能直接上总线，这就给l o n w o r k s 总线的兼容 性应用带来了技术问题。如果能设计出一种接口，直接把该接口插入到要连接 到l o n w o r k s 总线的设备上，那么非l o n 网的设备不能直接上总线的问题就迎 刃而解了。所研究的a n y b u s sl o n w o r k s 模块就是为了方便把一些非l o n 网总 线的外围产品连接到l o n w o r k s 现场总线上，可以实现非l o n w o r k s 技术的产品 与l o n 总线的互联。 由此可见，a n y b u s sl o n w o r k s 模块是使工业设备与l o n w o r k s 总线互连的 比较快捷的方法，也是一种在l o n w o r k s 现场领域具有较高应用实效的设备。 a n y b u s sl o n w o r k s 模块的设计采用了a n y b u s 技术，并且在开发过程中充分利 用了l o n w o r k s 技术平台。下面分别对a n y b u s 技术、l o n w o r k s 总线提供的系统 互联性这两个问题作简要分析。 武汉理工大学硕士学位论文 1 1a n y b u s 技术 a n y b u s 技术自h m s 公司提出至今，该技术产品已跻身于世界现场总线连 接产品的第三位。它的嵌入式a n y b u s 技术、a n y b u s 网络产品和a n y b u s p c 接 口产品在生产类型、功能和用途上各有不同，都能方便快捷地应用于工业网络 领域。 ( 1 ) 嵌入式a n y b u s 技术 a n y b u s 嵌入式接1 3 产品支持1 5 种工业网络，包括嵌入式主站从站接1 3 模块以及最新的即插式模块。例如，a n y b u s s 接口模块是系列现场总线接i i i 模 块的总称，针对各种设备应用于不同现场总线，a n y b u s sl o n w o r k s 模块就是针 对外部设备应到l o n w o r k s 总线上的。这些嵌入式a n y b u s 产品基于“可互换性” 方案产生，一旦集成到自动化设备中，就可以实现其现场总线通讯功能，在完 成基于a n y b u s 的通用设计之后，只需要将接e l 更换成需要连接的现场总线， 就具有了多现场总线接1 2 1 功能，这样就通过a n y b u s 模块支持了多种网络。 ( 2 ) a n y b u s 网络产品 a n y b u s 网络产品不仅仅只是满足把自动化产品连接到不同的现场网络的需 求，这些网络产品由一系列现场总线网关转换器，现场到现场网关或网桥构成， 并提供快速的解决方法，把一些外围产品连接到任何一种现场网络，或者连接 起两种不同的现场网络。 ( 3 ) a n y b u s - p c i 接口产品 针对基于嵌入式p c 或台式p c 的p l c ( p r o g r a ml o 百cc o n t r o l ，可编程控 制器) 、c n c ( c o m p u t e r i z e dn u m e r i c a lc o n t r o l ，电脑数值控制) 、人机界面和可 视化设备等应用，h m s 在高性能和大批量的a n y b u s 嵌入式主从站接1 2 1 产品的 基础上开发了基于p c 的接口卡，从而提供出具有较高性能，能与a n y b u s 系 列互换的、具有可竞争性价位的p c i 产品。 1 2l o n w o r k s 现场总线技术 l o n w o r k s 技术是1 9 9 2 年由美国的e c h e l o n 公司推出的一种现场总线技术， 它通过基于l o n t a l k 协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控 网络【2 l 。l o n w o r k s 技术实际是一整套可供自控系统厂商二次开发的技术平台， 在二次开发过程中应用l o n w o r k s 技术的程度不同，所提供的系统互联性能也就 2 武汉理工大学硕士学位论文 截然不同，目前常见的l o n w o r k s 系统按互联性大致可分为三类： ( 1 ) 采用部分l o n w o r k s 器件的系统。这类系统通常仅在现场总线通讯端口的 物理层采用l o n w o r k s 技术，如采用f f t - 1 0 收发器、t p x t - 1 0 、t p x f 7 8 网络 接口等，所以这类系统可与其它l o n w o r k s 系统共享同一条总线，即直接数字式 控制器( d d c ) 可挂在一条总线上。而实际上却只能与本系统的设备通讯，根 本不具备l o n w o r k s 互联性，这类系统多数不具备点对点通讯功能，而采用主从 令牌网方式实现系统呼应。 ( 2 ) 采用l o n w o r k s 开发系统的非l o n m a r k 产品。这类系统通常全套采用了 l o n w o r k s 开发平台，而未采用l o n m a r k 协会规定的网络变量来定义d d c 闻的 通讯，这类系统由于完全采用了l o n t a l k 协议，通常采用自定义用户包进行数据 通讯，系统现场总线的通讯效率高，d d c 功能强，l o n w o r k s 技术所有技术特征 除互联性外几乎均能得到充分体现，但由于其网络传输变量的非标准化，使这 类系统在互联性上大打折扣，其不符l o n m a r k 规定的网络变量只能在本系统内 传输，外系统是无法正确接收的。 ( 3 ) 完全符合l o n m a r k 规约的产品。由于l o n w o r k s 网络技术的高速发展， 及厂商大量介入l o n m a r k 领域进行二次开发，如今，即使完全符合l o n m a r k 规 约的产品，其互联性也不敢说完全地实现1 3 】。目前，l o n w o r k s 系统的d d c 基础 编程软件为v i s u a lc o n t r o l 、l o n b u i l d e r 、n e u r o nc 、v i s i o 等，由于各厂商的d d c 编程工具不同，d d c 通讯连接表征文件也不尽相同，时有个别类别的网络变量 在异系统中无法调用。当然这类问题通过修改连接表征文件或网络变量的表达 方式，一般还是能够解决互联性问题的。 1 3 本课题的研究目标、内容及创新 本课题的研究目标是采用n o d e b u i l d e r 软硬件开发工具，开发支持l o n w o n k s 总线通信的a n y b u s sl o n w o r k s 模块节点装置；利用l o n m a k e r 组网工具完成控 制网络的配置安装，实现a n y b u s 技术对l o n 网的通信支持。 本课题主要进行了a n y b u s sl o n w o r k s 模块软硬件的设计、小型l o n w o r k s 网络的组建及该模块在l o n 网中的监测与调试。利用嵌入式a n y b u s 技术设计 的基于主机节点通信的单元是整个a n y b u s sl o n w o r k s 模块的核心，通过所设 计的模块可与外部i o 设备进行直接接口，将设备输入信号转换为包含l o n t a l k 协议的数据，或将l o n 网络介质上的信息转换为外设所需信号，从而实现现场 武汉理工大学硕士学位论文 节点之间以及与网络管理工具之间的数据传递。研究的重点在于采用嵌入式 a n y b u s 技术来实现非l o n w o r k s 技术的产品和l o n 总线的互联，同时在此基础 上实现更为方便快捷的节点安装与通信组网。 所设计的a n y b u s sl o n w o r k s 模块有内置的f t 3 1 5 0 芯片，内部固化了 l o n t a 墩协议，使得二次开发者不必过多关心通讯细节，而是集中力量处理具体 的应用。有了a n y b u s sl o n w o r k s 模块对现场通信的支持，使得l o n 局部操作 网将在更多的领域得到更为广泛的应用。 1 4 论文章节安排 本论文分为6 章，章节内容如下： 第l 章通过对l o n w o r k s 技术和a n y b u s 技术的介绍引出a n y b u s - s l o n w o r k s 模块设计的实际价值。 第2 章给出了a n y b u s sl o n w o r k s 模块软硬件设计的方案和规划，同时介 绍了设计该模块中采用到的一些必要的l o n w o r k s 设备。 第3 章介绍了a n y b u s sl o n w o r k s 模块的硬件设计，包括l o n w o r k s 总线 接口、5 1 内核单片机与n e u r o n 3 1 5 0 芯片主从通信接口及应用接口三个单元设计， 给出详细的设计方案及电路连接图； 第4 章介绍了a n y b u s sl o n w o r k s 模块的软件设计，包括5 1 内核单片机 与n e u r o m 3 1 5 0 芯片主从通信流程、5 l 内核单片机串口通信及n e u r o n 3 1 5 0 芯片 程序设计三个功能单元，逐个单元分析了其功能程序流程，并给出部分关键性 的程序代码； 第5 章介绍了a n y b u s sl o n w o r k s 模块的安装和应用，同时介绍了小型网 络的组建步骤，给出了模块的安装步骤和测试结果。 第6 章对a n y b u s s l o n w o r k s 模块设计中的一些工作总结及对存在的问题 进行了分析。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章a n y b u s sl o n w o r k s 设计方案与开发工具 本章介绍了a n y b u s si x n w o r k s 模块的设计方案，该模块设计可分为两大 部分：模块的硬件设计和模块的软件设计。在本章分别以框图和程序流程图的 形式给出了a n y b u s sl o n w o r k s 模块的硬件结构及该模块应实现的基本功能。 同时，还介绍了在a n y b u s sl o n w o r k s 模块设计中用到的一些必备开发工具。 2 1a n y b u s sl o n w o r k s 模块硬件设计方案 a n y b u s - sl o n w o r k s 模块的硬件设计可以分为l o n w o r k s 总线接口、主从通 信接1 3 及应用接口三大块，整体结构框架如图2 1 所示。 ! 一。一一 i o 踿 秬2-1 n y b u s so n w o r k s 模块结构图 o n w o r k s 总线接口负责模块与l o n 网的数据传送。主从通信接口设计采 双c p u 技术，即一个主c p u 与一个辅c p u 通信，引入了n e u r o n 芯片( 神经 芯片，l o n w o r k s 通信控制处理器) 作为辅c p u 。主从通信接口主要实现协议转 功能，完成外来的标准信号与l o n t a l k 协议之间的相互转换。应用接1 ：3 主要提 外部设备或p c 机与模块的连接端口。各个接口单元的硬件设计将在第3 章作 细的介绍。 2 n y b u s - so n w o r k s 模块软件设计方案 n y b u s - so n w o r k s 模块的软件设计主要是通过编写程序来体现该模块的 武汉理工大学硕士学位论文 功能，软件设计可以分为主从通信程序设计单元，串口通信程序设计单元及 n e u r o n 芯片程序设计单元，其中主从通信功能和串口通信功能都可以通过对主 控c p u 的程序编写来实现，与l o n w o r k s 网络通信功能则可以对n e u r o n 芯片进 行程序设计来实现。a n y b u s sl o n w o r k s 模块的总体程序流程如图2 - 2 所示。 图2 - 2a n y b u s - sl o n w o r k s 模块功能流程图 从图2 - 2 中可以很清晰的看出主控c p u 程序要完成四个动作：主从通信接 口单元的同步、串口数据的处理、令牌的传递和并口数据的处理。主控c p u 的 各个动作的软件设计将在第4 章给予具体的功能介绍和详细的流程分析。 2 3a n y b u s - sl o n w o r k s 模块软硬件开发工具 a n y b u s sl o n w o r k s 模块的软硬件开发可以直接利用l o n w o r k s 技术设备。 l o n w o r k s 技术提供了一套完整的开发平台，不但提供了网络开发的基本工具， 还提供了网络协议分析工具。在设计中用到了以下l o n w o r k s 设备：l o n t a l k 协 议，n e u r o n 芯片，n o d e b u i l d e r 软硬件开发工具和l o n m a k e r 网络集成工具。 ( 1 ) l o n t a l k 协议 l o n w o r k s 通信协议称为l o n t a l k 协议和a n s u e i a 7 0 9 1 控制网络标准，是 l o n w o r k s 系统的核心。该协议遵循了国际标准化组织( i s o ) 开放系统互连( o s i ) 参考模型。表2 1 给出了o s i 七层协议模型以及对应的l o n t a l k 协议服务。l o n t a l k 6 武汉理工大学硕士学位论文 协议提供一系列通信服务使得一个设备的应用程序可以在不了解网络拓扑、名 称、地址或其它设备功能的情况下发送和接收网络上其他设备的消息。l o n t a l k 协议能提供端到消息确认、消息认证、打包业务和优先传送服务，提供网络管 理服务的支持，并允许远程网络管理工具与网络设备进行交互。 表2 - 1l o n t a l k 协议的各层功能 层次o s i 层次 服务l o n t a l k 提供的服务处理器 7 应用层 网络应用标准网络类型应用c p u 6表示层数据表示网络变量，外部帧传输 网络处理器 请求响应，认证， 5 会话层远程遥控网络处理器 网络管理 应答，非应答， 4 传输层端对端可靠传输网络处理器 点对点及双重检查 3 网络层传输分组 地址，路由网络处理器 链链路层帧结构 帧结构，数据解码， 2 路 c r c 错误检查 m a c 处理器 可预测c s m a ， 层m a c 子层介质访问 冲突避免，优先级 l物理层电路连接介质，电气接口m a c 处理器 l o n t a l kl o n t a l k 协议定义了一种分层编址方式，这种方式使用了域 ( d o m a i n ) 地址、子网( s u b n e t ) 地址和节点地址。为了进一步简化多个分散 节点的编址，该协议还定义了组( g r o u p ) 地址。己知n e u r o n 芯片的标识符m 也可用作地址，这个i d 值只在网络安装及配置时用作网络寻址。 l o n t a l k 协议通信服务包括一个可选的网络接口协议。该协议可以用来支持 任何主处理器上运行l o n w o r k s 应用。主处理器可以是任何微处理器、微控制器 和计算机。主处理器管理l o n t a l k 协议的第6 层和第7 层，并使用l o n w o r k s 网 络接口来管理第1 到第5 层。l o n t a l k 网络接口协议定义了网络接口与主处理器 之间交换数据包的格式。 在主处理器上运行的主应用程序可通过网络驱动程序与网络接口通信。网 络驱动程序管理缓冲区的分配、缓冲区与网络接口的数据传输、隔离应用部分 与网络接口链路层协议之间的差异。l o n t a l k 网络驱动程序协议在主应用程序和 武汉理工大学硕士学位论文 网络驱动程序之间定义了标准报文格式1 4 j 。 l o n t a l k 网络通信协议是l o n w o r k s 技术的核心内容之一，它提供了i s o o s i 参考模型所定义的全部七层服务，这是任何其他总线技术所不具备的。另外它 在拓扑结构、寻址方式等方面具有自己独特的技术优势，因而它可以支持一个 多节点、多信道、不同速率和高负载的自由拓扑结构的大型监控网络可靠地工 作。同时l o n t 甜k 通信协议的所有内容，都己固化在小小的n e u r o n 芯片中，开 发者并不需要知道其细节，可以节省精力和时间投入n e u r o n 芯片的其他研发， 故此节介绍不再过多地详述l o n t a l k 协议。 f 2 ) n e u r o n 芯片固件 所谓固件指的是固化在n e u r o n 芯片内的软件，这些软件包括了l o n t a l k 通 信协议。n e u r o n 芯片中的存储映象( i m a g e ) ，即软件分为三个主要部分：系统 映象、应用映象和网络映象。 系统映象包括l o n t a l k 协议、n e u r o n c 库函数以及任务调度程序。在n e u r o n 3 1 2 0 系列芯片中，系统映象软件存储在片内的1 0 k b 的r o m 中；在n e u r o n 3 1 5 0 芯片中，系统映象软件存储在片外的r o m 或闪存中【2 】。对于n e u o m3 1 5 0 芯片， 由于该部分软件不能固化在n e u r o n 芯片内，所以它只能作为开发工具 n o d e b u i l d e r 随带的软件的一部分，依靠开发工具的软件，产生包含系统映象的 相应格式的文件，编程写入n e u r o n 芯片外存的e e p r o m 、r o m 或闪存中。 应用映象由两部分构成：n e u r o nc 编译应用程序产生的对象代码、应用程 序指定的有关参数。在n e u r o n 3 1 5 0 芯片中，应用映象通常是编程写入外部r o m 中，也可以通过网络下载到外部的e e p r o m 或闪存中。对n e u r o n3 1 2 0 芯片， 应用映象软件下载到片内的e e p r o m 中。n o d e b u i l d e r 开发工具可以创建应用映 象。 网络映象定义节点与网上其他节点的关系，给定节点在网上的唯一行为。 它由4 部分组成：节点地址分配、网络变量的连接信息以及消息标签的连接信 息、安装时要设置的网络l o n t a l k 协议的参数以及应用程序的配置变量。当节点 安装时，通常由网络管理器负责通过网络将网络映象下载到片内的e e p r o m 中。 对于简单的网络，节点可以修改自己的网络映象。 ( 3 ) n o d e b u i l d e r 软硬件开发工具 n o d e b u i l d e r 是一种节点级的开发工具，用于单个l o n w o r k s 节点的编程与 调试。类似于单片机仿真器功能的n o d e b u i l d e r 可用于基于n e u r o n 芯片的节点 3 武汉理工大学硕士学位论文 开发和编程，使其具有相应环境、向其他节点发送和接收信息并施加动作的能 力，也可通过适当的方法将多个节点进行继承以组成一个控制网络，以分布式 方式执行复杂的任务【5 】。n o d c b u i l d e r 软件安装在运行w i n d o w s 操作系统的p c 机内，提供了开发单个节点的开发环境，可供在a n y b u s sl o n w o r k s 模块的软 件设计中选择性应用。 n o d e b u i l d e r 硬件构成如图2 3 所示。它包括上位p c 机、p c n s sp c 接口卡、 l t m 1 0 a 模块和m o t o r o l ac j i z l n o 板。 p c n s sp c 接口卡是一个i s a 总线p c 卡，进行加载、监视和控制l o n w o r k s 设备。l t m 1 0 a 模块包括一个n e u r o n 芯片、3 2 k b 内存、3 2 k b 静态r a m ，1 0 m h z 晶振和用户n e u r o n 芯片固件。安装在p c 机上的n o d e b u i l d e r 软件可以把用户开 发的应用程序载入内存，可下载的存储器支持用n o d e b u i l d e r 调试器进行程序调 试，n e u r o nc 编制的应用程序可以首先在l t m 1 0 a 节点上测试，以后移到用户 的硬件中。g i z m 0 4 i o 接口板是一个众多i o 设备的集合，可以用g i z m o 板和 l t m 1 0 a 模块进行l o n w o r k s 应用节点样机设计。 图2 3n o d e b m l d e f 硬件构成图 n o d e b u i l d e r 节点开发工具的软件包括l o n w o r k s 向导、集成的文档编辑器、 n e u r o nc 编辑器等功能单元。l o n w o r k s 向导创建一个l o n m a r k 可互操作设计的 模块；集成的文档编辑器创建和修改n e u r o n c 源文件；n e u r o n c 编辑器从n e u r o n 9 武汉理工大学硕士学位论文 c 源文件转换为n e u r o n 芯片目标代码；n e u r o n 连接器创建n e u r o n 芯片的应用 映像。应用映像是通过把目标码连接到合适的系统映像和包括n e u r o n 芯片固件 和系统函数的应用库来实现的。应用映像可以通过网络加载到读写存储器，或 可编程的p i m 设备。 ( 4 ) l o n w o r k s 网络管理工具 a n y b m sl o n w o r k s 模块设计之后，只有连接到l o n w o r k s 网络中，才能体