（通信与信息系统专业论文）嵌入式eib网关设计.pdf

摘要 随着计算机的日益普及和通信技术的迅猛发展，使得家庭设备逐渐进入智 能化和网络化。从最常见的楼宇可视对讲系统到家庭安防系统、智能灯光系统、 家庭高清多媒体系统等，都无疑体现了智能家居在人们的生活中扮演着越来越 重要的角色。 e i b ( e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s ) 作为电气布线领域使用范围最广的行业规范 和产品标准，在智能家居中占有及其重要的地位。随着人民生活水平的提高， 原本仅使用在展览馆、银行、商业和工业大厦中的e i b 系统现已经逐步应用到 住宅建筑和私人公寓等小型建筑中。然而对于很多弱电系统集成商来说，为了 实现家居智能化，在将e i b 系统集成到自身的系统的过程中遇到一个棘手问题， 即如何实现e i b 系统与其他系统的通信，如空调系统、中控系统等。 这时就需要一个e i b 网关，实现e i b 协议到其他协议的相互转换，以此来 满足客户的需要，因此e i b 网关对智能家居的集成应用推广具有极其重要的意 义。由于市场上基本上没有这方面产品，本文正是根据市场的强烈需求提出了 嵌入式e i b 网关的设计。 本文首先总结性介绍了智能家居的概念及其发展现状，比较分析了的目前 国内外典型智能家居总线的优缺点，然后对e i b 总线协议进行了深入的研究， 包括e i b 拓扑结构，e i b 总线元件，e i b 系统通信，e i b 通信模型及报文结构， e i b 标准数据类型等，随后深刻剖析了e i b 的外部通信机制，提出了串行p e i 1 6 通信为e i b 网关的外部通信应用方案。以此通信方案为理论基础设计开发了基 于1 - 7 1 8 8 嵌入式控制器模块的e i b 网关。本网关快速实现了e i b 协议与其他协 议相互转换，同时具有e i b 总线监测功能，具有良好的市场推广意义及应用前 景。目前已经在实际工程中使用。 关键字：e i b 网关，1 - 7 1 8 8 ，p e i 1 6 ，a t - b u s ，a i r b u s a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n g p o p u l a r i t yo fc o m p u t e r sa n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , c a u s e st h ef a m i l ye q u i p m e n tt oe n t e rt h ei n t e l l i g e n ta n d t h en e t w o r kg r a d u a l l y f r o mt h em o s tc o m m o nb u i l d i n gv i s u a li n t e r c o ms y s t e mt ot h e h o m es e c u r i t ys y s t e m s ，i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e m ，f a m i l yd e f i n i t i o nm u l t i m e d i a s y s t e m s ，e t c ，h a v en od o u b tr e f l e c t st h es m a r th o m ei np e o p l e sl i v e sp l a ya n i n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l e e i b ( e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s ) i st h em o s tw i d e l yu s e di ni n d u s t r ys t a n d a r d s a n dp r o d u c ts t a n d a r d si nt h ef i e l do fe l e c t r i c a lw i r i n g , a n di to c c u p i e sa ni m p o r t a n t p o s i t i o ni nt h es m a r th o m e w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s ，t h ee i bs y s t e m o r i g i n a l l yo n l yu s e di nt h ee x h i b i t i o nh a l l ，b a n k s ，c o m m e r c i a la n di n d u s t r i a lb u i l d i n g s ， n o wh a sg r a d u a l l yb e e na p p l i e dt or e s i d e n t i a lb u i l d i n g sa n dp r i v a t ea p a r t m e n t sa n d o t h e rs m a l lb u i l d i n g s h o w e v e rf o rm a n ye l e c t r o n i cs y s t e mi n t e g r a t o r sw h ow a n tt o r e a l i z ei n t e l l i g e n th o m e ，e n c o u n t e r e dad i f f i c u l tp r o b l e mi nt h ec o u r s eo fi n t e g r a t e d t h ee i bs y s t e mi n t ot h e i rs y s t e m s ，n a m e l yh o wt oa c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e ne i bs y s t e ma n do t h e rs y s t e m s ，s u c ha sa i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ，c e n t r a l c o n t r o ls y s t e m t h e nw en e e da ne i bg a t e w a yt oc a l t i e so u tt h em u t u a lc o n v e r s i o nb e t w e e nt h e e i b p r o t o c o la n d o t h e rp r o t o c o li no r d e rt om e e tc u s t o m e rn e e d s ，s ot h ee i bg a t e w a y h a sg r e a ts i g n i f i c a n c et op r o m o t et h ei n t e g r a t i o na n da p p l i c a t i o n so fs m a r th o m e b e c a u s et h em a r k e ti sb a s i c a l l yn os u c hp r o d u c t s ，t h ep a p e ri sp r e s e n t e dt h ed e s i g no f e m b e d d e de i bg a t e w a ya c c o r d i n gt ot h em a r k e t ss t r o n gd e m a n d f i r s tt h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to fs m a r th o m ea n di t sd e v e l o p m e n ts t a t u s ， a n da n a l y z e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h et y p i c a ls m a r th o m eb u sa t c u r r e n th o m ea n da b r o a d ，t h e nt h ee i bb u sp r o t o c o li st h o r o u g h l ya n a l y z e d ，i n c l u d i n g t h ee i bt o p o l o g y ,e i bb u s c o m p o n e n t s ， e i bs y s t e mc o m m u n i c a t i o n ，e i b c o m m u n i c a t i o nm o d e l sa n dp a c k e ts t r u c t u r e ，e i bs t a n d a r dd a t at y p e s ，f o l l o w e dt h e e x t e r n a lc o m m u n i c a t i o n sm e c h a n i s mo fe i bi si n - d e p t ha n a l y s i s ，a n dp r e s e n t su s i n g t h es e r i a lp e i 1 6c o m m u n i c a t i o n sa st h ee x t e r n a lc o m m u n i c a t i o n sa p p l i c a t i o n so ft h e e i bg a t e w a y t h et h e o r e t i c a lb a s i so ft h i sc o m m u n i c a t i o n p r o g r a m ，t h ee i bg a t e w a y i sd e s i g n e da n dd e v e l o p e db a s e do nt h e1 - 7 1 8 8e m b e d d e dc o n t r o l l e rm o d u l e t h i s e i bg a t e w a yq u i c k l ya c h i e v e dt h ee i bp r o t o c o lc o n v e r s i o nb e t w e e nt h eo t h e r p r o t o c o l s a n di ta l s oh a st h ef u n c t i o no fe i bb u sm o n i t o r i n g i th a sag o o ds e n s eo f m a r k e t i n ga n da p p l i c a t i o n s c u r r e n t l y , i th a sb e e n u s e di na c t u a lp r o j e c t k e y w o r d s ：e i bg a t e w a y , 1 - 7 1 8 8 ，p e i 1 6 ，a t - b u s ，a i r - b u s m 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：鲁乒l 日期：卫! 竺牛 学位论文使用授权书 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： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 签名，：巧弘导师c 签乌蔓刍礤日期m 多，7 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 智能家居的概念 第1 章绪论 当你结束一天的工作，准备回家了，可是天气很热，这时你可以通过手机 控制家里的空调开启，当你回到家时，环境温度让人清新惬意；当你半夜想上 洗手间了，你只需按下遥控器上事先设定好的起夜模式按钮就可以打开房间、 过道和洗手间的灯，并且灯光亮度调到舒适的值；当半夜有小偷来犯，报警系 统自动启动，于是小偷马上被吓跑；当你不在家里时，忽然卫生间的水龙头开 了，由于启动了溢水感应器，于是电话转接功能将自动拨打你手机 上面所描述的就是智能家居，这并不是什么奢望，伴随科技的发展，特别 是建筑结构、住宅功能和人们观念的改变，加之通讯成本的下降，智能装修已 经开始被越来越多的人们所关注。在自动控制技术、计算机与通讯技术大行其 道的今天，这些技术进入寻常百姓家已经不再是天方夜谈，遥不可及的事了。 智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、设备自动 化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居 住环境。智能家居利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，将 与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理优化人们的生 活方式，帮助人们有效地安排时间，增强家居生活的安全性，甚至降低能耗节 约资金 1 - 2 1 。 1 2 智能家居的发展概况 在国外，智能家居起源比较早，1 9 8 4 年美国联合科技公司将建筑设备信息 化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的一栋旧房子改造中时，出现 了首栋的智能型建筑，从此也拉开了全球争相建造智能家居的帷幕1 3 j 。 然而在智能家居前期的发展并不顺利，刚开始各个公司各自制定自己的标 准，使得产品之间的兼容性差，极大阻碍的智能家居产品的推广和市场的开拓。 可是近十多年来，要想在智能家居行业分一杯羹，遵循统一的标准已是势在必 行。目前国外很多公司已经针对家庭智能化和网络化的推广与发展结成许多联 武汉理工大学硕士学位论文 盟，并逐步对智能家居系统制定了多种技术标准，经过近几年的发展，欧美等 国家几大主流协议产品逐渐占据了市场。如美国早期制定的x 1 0 协议，美国电 气工业协会制定的消费电子总线( c e b u s ) ，日本的家庭总线系统( h b s ) ，以及在 欧洲盛行的欧洲安装总线( e i b ) 等【l ，这些总线协议内容将在后文进行介绍。 在国内，2 0 世纪9 0 年代后期，智能家居的概念才引入到中国。由于智能家 居刚开始使用的设备多数是具有独立功能的产品，所以大多是在各自的小体系 中拥有的自定义标准，并且大多数是国外相关标准的延伸，尚未形成一定的国 家标准。但是从近几年国内专业智能家居企业的数量正在逐步增长，目前已经 有不少企业推出了自己的产品，如清华同方的e h o m e 数字家园，海尔的 “u h o m e ”，科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”，其中最受瞩目的是2 0 0 3 年7 月，由信息产业部批准，联想、t c l 、康佳、海信、长城等五家国内电子信 息骨干企业于共同发起的闪联( i g r s ) 标准，其核心任务是实现信息设备、家电和 通信设备的智能互联 6 - 7 。因此我们相信在不久的将来智能家居将为我们的日常 生活带来巨大的变革。 1 3 智能家居主要总线协议 1 3 1x 1 0 协议介绍 x 1 0 【8 1 0 】协议是一种国际通用的智能家居电力载波协议，它以电力线为转输 介质实现对用电设备进行智能远程控制。该技术最初是由p i c oe l e c t r o n i c s 公司 于1 9 7 9 年开发成功，后转让给当时比较著名的b s r 音响公司。在1 9 9 0 年，b s r 公司休业后，x 1 0 的开发人员买下了该项技术并成立了x 1 0 公司，生产和销售 x 1 0 的产品。 x 1 0 作为全球第一个利用电力线来控制电子电器设备的标准。它的传输介 质就是家中的交流2 2 0 v 的电力线，因此安装时不需要重新布线。电力线不仅将 电能提供给各个用电设备，而且也将家中所有的用电设备组成一个通信网络。 这样在供电的同时又可以像信号线一样把控制命令发送给各个受控的用电设 备，从而实现网络化的控制。因此用电力线做载体传输控制信号，既经济又方 便，很容易进入家庭。低廉的价格、上千种的产品以及简单的设置方式成功开 启了智能家居时代。从灯光控制产品、安全控制系统、电话系统，到音响系统、 空调系统等系列产品都有应用。目前数百万的美国家庭在使用x 1 0 的产品。 2 武汉理工大学硕士学位论文 x 1 0 系统的低廉价格也使其得到了一定的发展。x 1 0 系统的最大特点是基 于电力线传送数据，无需重新布线，可用于新家居的安装，也可用于旧房子的 改造。但是，由于只支持电力线传输，而电力线容易受到干扰，所以系统的抗 干扰性能比较差，这点在国内表现得尤为明显。另外，寻址空间小、对模拟量 支持不够也限制了x 1 0 的可扩展性和应用范围。 1 3 2c e b u s 协议介绍 c e b u s 1 1 啦】的全称是消费电子总线( c o n s u m e re l e c t r o n i cb u s ) 。它的发展可以 追溯到1 9 8 4 年，美国电气工业协会( e t a ，e l e c t r o n i c si n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 的消费 电子小组开始研制在家庭中使用的消费产品的网络通讯标准。此标准后来被称 作消费电子总线。1 9 9 2 年，所有的消费电子总线规格书得以发布，这就是e i a 6 0 0 和e i a 7 2 1 标准。 消费总线网络拓扑结构灵活，可以是总线型、星型、树型或混合型。总线 中的每个节点的地位是平等的，不需要主控设备。c e b u s 网络节点遵守i s o o s i 开放系统互连模型，共分4 层结构，分别是物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 、数据链路层 ( d a t al i n kl a y e r ) 、网络层( n e t w o r kl a y e r ) 和应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ) 。 任何符合c e b u s 标准的电器产品都可以直接互连及通信，其寻址能力超过 4 0 亿，足可以与互联网相媲美。c e b u s 的抗干扰能力比x 1 0 强，控制功能也十 分丰富，成为x - 1 0 的劲敌，但由于c e b u s 接口技术比较复杂，价钱也比较昂贵， 在国内应用并不广泛。 1 3 3h b s 协议介绍 h b s 1 3 - 1 4 】的全称为家庭总线系统( h o m eb u ss y s t e m ) ，由日系企业：日立、 三菱、松下、东芝等联合提出的概念，由日本电子工业联合会无线工程电子协 会h b s 标准委员会于1 9 9 7 年制定的，得到了日本政府和商会的支持。 h b s 协议对国际标准化组织提出的开放系统互连七层模型作了精简，引用 了其中的1 、2 、7 层，由三层结构组成，分别为物理层、数据链路层和应用层。 h b s 以双绞线或同轴电缆为通讯介质，控制通道一般最多可以有6 4 个节点， 介质的最大长度为2 0 0 米。h b s 有控制通道和信息通道之分，控制通道用于低 速数据的传输，信息通道用于高速数据的传输。 h b s 主要用于电器开关量以及简单模拟量的控制，协议比较简单，采用专 3 武汉理工大学硕士学位论文 用总线，具有抗干扰强、响应速度快、开发代价及风险较低、性价比高的特点。 但是，h b s 不支持电力线和无线传输，这些不足限制了其使用范围。 1 3 4e i b 协议介绍 e i b 系统就是e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s 的简称，在亚洲则称为e l e c t r i c a l i n s t a l l a t i o nb u s ，即电气安装总线，e i b 系统是电气布线领域使用范围最广的行 业规范和产品标准。e i b 协议介绍参见第二章。 1 4 课题研究意义 随着房地产商对智能家居推波助澜，很多开发商为了给自己的房子找卖点， 将智能家居的概念引入到自己的楼盘中来，提高房子的附加值。然而智能家居 目前缺乏统一和规范的行业标准，导致市场上出现了几十个甚至上百个互不兼 容的产品标准，这给厂商在生产、推销自己的产品时带来很大的困扰。这时系 统集成商为了在工程投标中提高竞争力，开始自主研发智能家居家庭网关，使 协议标准不同的产品集成到一起，e i b 网关就是一个实例。 e i b 网关对于e i b 总线网络来说，属于一个特殊的模块，应该是e i b 系统 中的系统装置，是e i b 报文与其他协议报文的交换枢纽，实现不同类型的数据 包相互转换。鉴于e i b 协议在智能家居、楼宇自动化方面的优势，基于该协议 的嵌入式网关的研究和开发能够为总线设备和其他非e i b 总线设备联动控制提 供良好的平台，使得整个系统的集成度更高，操作更加灵活方便，满足用户需 要。 目前为了实现e i b 总线设备与非e i b 总线设备直接的相互协调控制，例如 用e i b 系统的温控面板控制三洋v r v 空调，利用家庭触摸屏控制e i b 系统的灯 光窗帘等，目前这些技术的实现，e i b 的厂家a b b 公司所提供的方案是通过建 立o p c 服务器网关来解决，不但构架复杂，而且价格昂贵、存在技术壁垒。并 且由于e i b 设备的开发生产都属于国外垄断，而国内商家负责e i b 的销售以及 安装调试，根本没有技术实力来为集成商解决协议的相互转换问题。 而国内e i b 网关的研究处于刚起步阶段，市场上基本上没有这方面产品， 特别是满足特定需求的网关。然而系统集成商又非常需要这方面的产品。因此 为了解决目前集成商在工程实际中遇到的难题，迫切需要开发自有的基于e i b 4 武汉理工大学硕士学位论文 协议的家庭网关，以填补市场的空白，满足系统集成商的需要。 1 5 论文安排 本文共分为六个章节： 第一章：总结分析了目前智能家居的发展及目前智能家居中典型总线的特 性。 第二章：详细研究了e i b 总线通信协议，包括e i b 拓扑结构，e i b 总线元 件，e i b 系统通信，e i b 通信模型及报文结构，e i b 标准数据类型等。 第三章：深刻剖析了e i b 的外部通信机制，并重点描述了串行p e b l 6 ，为 e i b 网关的设计奠定基础。 第四章j 主要结合实际工程需要，对e i b 网关进行总体方案的设计及硬件 选型。 第五章：进行e i b 网关软件的设计，主要包括数据库设计以及软件各个模 块的功能设计。 第六章：对全部的研究工作进行总结并对未来的工作进行展望。 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 1e i b 概述 第2 章e i b 总线协议研究 e i b 搏2 1 】系统就是e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u s 的简称，在亚洲则称为e l e c t d c a l i n s t a l l a t i o nb u s ，即电气安装总线，e i b 系统是电气布线领域使用范围最广的行 业规范和产品标准。e i b a 为了便于统一智能安装系统标准的推广，1 9 9 0 年5 月 8 日由包括a b b 、s i e m e n s 在内的7 家电气公司联合在比利时布鲁塞尔成立了 e l b a ( e u r o p e a ni n s t a l l a t i o nb u sa s s o c i a t i o n ) 。从1 9 9 0 年至今，e i b 在欧洲已经设 有超过5 0 个培训中心，超过1 4 0 个厂商生产e i b 产品，超过5 0 0 0 种被认可的 产品，有近7 万个项目采用e i b 系统，3 万多家用户接收了系统培训。e i b 标准 的制定不但提高了人类的生活水准更标志着多家产品的兼容性，以及新旧产品 的兼容性，使得用户在使用中方便无比。 随着e i b 技术不断向前发展，1 9 9 9 年k o n n e x 协会成立，取代了原来的e i b a ， 同时e i b 协议也发展为k n x 协议。k n x 协议在保持了e i b 的优良特性的同时， 广泛吸取其他协议的优点，代表了新一代家庭楼宇自动化系统的发展方向。目 前k n x e i b 已经被批准为：欧洲标准( c e n e l e ce n5 0 0 9 0 和c e ne n1 3 3 2 1 1 ) 、 国际标准o s o i e c1 4 5 4 3 3 ) 、中国标准( g b z2 0 9 6 5 ) 、美国标准( a n s i a s h r a e 1 3 5 ) ，因此k n x e i b 是唯一全球性的住宅和楼宇控制标准。 作为全球性的标准，恻e i b 技术给各种各样楼宇建筑的电气管理带来方 便，通过一条总线即可管理各种类型的系统，如开关负载、环境控制系、安防 监控等。k n x e i b 总线能够安装在许多大型建筑中，如营业场所、学校、医院、 工厂、办公大楼和私人别墅等。唰e m 系统主要用来监视和管理各种设备的 功能和进程，包括照明、窗帘、暖气、通风、空调、负荷管理、信令、监测和 报警。k n x e i b 系统典型应该框图如图2 - 1 所示。 6 武汉理工大学硕士学位论文 亮度* 醇 # 日 窗 m 度女w m a 度月节 。温度传感； 马4 控制 2 3 0 v * 关 围2 - ik n x e i b 系统典型应该框图 k n ) 征m ( 后文中简称e m ) 是一个开放的协议，支持多种通信介质，包括双 绞线、电力线、无线和红外等当然也可以通过网关与其他类型通信介质互连。 这么多通信介质中在国内应用虽为广泛的当属双绞线。注意使用双绞线时，每 个双绞线物理段长度不超过1 0 0 0 m ，两个设备之间距离不超过7 0 0 m ，电源与总 线设备之间距离不超过3 5 0 m ：使用电力线时，在没有中继的情况下，两个设备 之问的距离不超过6 0 0 m ；无线传输时的最大距离约为3 0 0 m 。 2 2e i b 拓扑结构与总线元件 e 1 b 是一个完全对等的分布式网络，每个设各具有相同的地位。e 1 b 网络采 用了线( l i n e ) 区( a r e a ) ，域( d o m a i n ) 的分层结构，整个网络可以容纳6 5 5 3 6 个 设备，如图2 2 所示。从图中可毗看出每条线上最多可容纳2 5 6 个设各，1 5 条 线通过线路耦台器( l i n ec o u p l e r ) 可以组台成一个区1 5 个区通过区域耦合器 ( a r e ac o u p l e l 可以组合成一个域。相应设备的2 个字节的物理地址f 后文中进行 阐述1 被分成三个部分，8 位设备地址，4 位线地址，4 位区地址。除去为线路耦 合器，区域耦合器保留的地址外，一麸还有( 2 5 5 x 1 6 ) x 1 5 + 2 5 5 = 6 1 4 5 5 个终端设 备地址可以被e i b 网络所用，因此e i b 系统可连接的设备数量非常多，完全可 船豁 武汉理工大学硕士学位论文 以满足各种建筑的需要。 图2 2e i b 拓扑结构图 根据e i b 元件的用途可以将其分为三类：基本元件，系统元件和e i b 设备。 基本元件主要包括：电源供应器，扼流器，信号过滤器等；系统元件主要包括： 总线耦合单元b c u ( b u sc o u p l i n gu n i t ) ，线路耦合器，相位耦合器，中继器等； e i b 设备主要是指一些应用设备，如传感器，执行器，显示面板等，而这些设备 是通过b c u 接入到总线中的。 8 武汉理工大学硕士学位论文 图2 3e i b 总线设备结构 一个完整的e i b 总线设备的内部结构如图2 3 所示，总线设备主要由两部分 组成：总线耦合单元b c u ，应用模块a m ( a p p l i c a t i o nm o d u l e ) 。目前市场上销售 的总线耦合单元和应用模块有组合在一起的，也有各自分开的，但是必须是同 一制造商出的。如果是分开的，应用模块是通过一个称为物理外部接口 p e i ( p h y s i c a le x t e r n a li n t e r f a c e ) 的标准应用接口和b c u 相连接的。由于b c u 中 已经固化了e i b 协议，使得厂商只需根据用户需要在此基础上进行应用模块的 开发，大大缩减了开发时间，进而推出多达5 0 0 0 余种的e i b 产品。 2 3e i b 系统的通信 2 3 1 物理地址与组地址 e i b 总线上每个设备可以通过两种方式寻址：物理地址( p h y s i c a la d d r e s s i n g ) 和组地址( g r o u pa d d r e s s i n g ) 。 物理地址是总线设备在e i b 总线上的唯一标识，用2 字节表示，整个地址 分为三个部分：4 b i t 区号( z o n en u m b e r ) ，4 b i t 线号( l i n en u m b e r ) 和8 b i t 设备号 ( d e v i c en u m b e r ) ，如图2 4 所示，与e i b 网络的拓扑结构相对应。物理地址是在 设备安装时分配的。物理地址编程设定之后，物理地址就可用来下载e i b 应用 程序到总线设备以及日后的调试维护工作。 z o n en u m b e rl i n en um b e rd e v i c en u m b e r 图2 4 物理地址结构 9 武汉理工大学硕士学位论文 执行同一个任务的总线设备被归为一组，它们通过组地址寻址的方式进行 通信。与物理地址对比，组地址与e i b 网络拓扑中的区和线是没关系的，一个 组中的成员可以位于e i b 总线系统中的任何位置。组地址通信的优点是：一个 组中某个成员发送了一个组报文，此报文可以被该组的其他成员同时接收处理。 因此采用组地址不仅简化了总线设备之间的通信，而且可以大大减少总线上的 数据量。例如：你想设置安装在一栋大楼里面的全部定时器模块的时间，你不 需要一个接一个的发送时间到每一个模块，你可以发送一个组报文来同时调整 全部模块的时间。 组地址由2 字节组成，其结构如图2 5 所示，其中第一字节最高位始终是o ， 组地址分为两个部分：4 b i t 主组( m a i ng r o u p ) 和l l b i t 的子组( s u bg r o u p ) 。 图2 5 组地址结构 每一个总线设备中都有一个地址表。下面通过一个具体的实例介绍e i b 总 线设备如何通过组地址进行通信，如图2 6 所示，图中一共有5 个总线设备，4 个双值输出模块作为执行器分别控制2 个灯泡和2 个窗帘，1 个两联开关作为传 感设备。在本例中共有两个组，其组地址分别为1 1 7 和o 4 2 ，这两个组地址包 含于总线设备1 c 0 1 的地址表中，因此组地址为1 1 7 的窗帘开关可以同时控制同 属于该组的执行设备1 c f f 和1 1 0 1 ，组地址为0 4 2 的灯光开关可以同时控制同 属于该组的执行设备1 1 0 7 和l l l f 。 窗帘双值输出两联开关 双值输出灯光 o 。坚耋4 2 0 4 2 g r a ：g r o u pa d d r e s s ( 组地址) 1 ：窗帘 1 71 1 7 。 。 图2 - 6 组地址通信 1 0 v v 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 2 通信对象和e i b 通信过程 在e i b 总线的通信中，组地址只是通信的寻址方式，而通信的主体则是通 信对象。通信对象存储在b c u 的r a m 和e e p r o m 中。每个通信对象通过数据 结构来定义它的功能应用，在该数据结构中包含了对象的状态信息，这些信息 被称为通信对象值。可能的通信对象值包括：开关的状态，测量值( 如温度，亮 度) ，实时时间和日期等。 当发送通信对象通过组报文的方式把数据发送给属于同一组的所有设备 时，e i b 网络中的全部设备都将接收到此组报文，但是只有组地址相同的接收通 信对象的值会被更新。注意：发送通信对象只能拥有一个组地址，而接收通信 对象可以拥有多个组地址，而且多个接收通信对象可以拥有同样的组地址，这 样就可以实现一控多的效果。b c u 中的全部通信对象的特性是通过一张通信对 象表( c o m m u n i c a t i o no b j e c tt a b l e ) 来描述的。一个模块的通信对象的数量根据应 用模块的功能需要决定。例如：一个两联开关就需要2 个通信对象来存储它的 状态，而一个4 路双值输出模块就需要4 个通信对象来存储它的状态。 通信对象表的数据结构和r a m 标志表( r a mf l a gt a b l e ) 如图2 7 所示。通 信对象表的第一个字节( o b j e c tc o u n 0 记录了通信对象描述的个数，第二字节 ( 删f l a g t a b l ep o i n t e r ) 为r a m 标志表的指针，从第三字节( o b j e c td e s c r i p t o ro ) 开始为对象描述本身，每三个字节为一组表示一个对象描述，以此类推，且对 象描述从0 开始计数。 武汉理工大学硕士学位论文 伪i - d 酬p t 钟 d a t ap 。i r t e r lc o r 托b 如l 砸b ) s e 1b y t e ) 1 谚t e )l 1t ，) e e ) c o n n 。o q 掌0 夕j c o m m u n i c a l j o no b p 皓- tt a b l e o l j e dc 。i 积 1l - y t o j r a mr a gt a b l ep o i r 细r b y 乜) o b i 鲥d e n m o r 03 埘佃s ) r a mf l a gt a b l e l o wm e m o r y 弋啦o ( ：。m m sf i a 81c , q i - i l m 0f | a 必0 t o w 。 ，r n a m a r y 啪fc o l l l l m s 同l 。3 c o r n r n sf l a g = 2 。 h 驴 321o m l m m t - 岫日徊 嗽# 76 5 4 32o o ee o d e 蜥鸯c 一f i a 伊 u 笛a 协同骘 c 酣e s y m b o l v a l u e s 啦 30 1r o tl d c 8 电d u k ? 11 瞄t 1 。u p e , a 俐 1u h 下22b j t 2u 卜下33b i f d a t ar e c z , c s tf 嘲 3u 卜74五l i t 2 o 。i 弛- r e 黪甜臀 正 u h t55b i t 1 ：a t ap ；巳1 g s t 5u 卜下8 6b i t 1 t r a r s m i s s i o n $ m l u s u t77b n o o t 瑶l e i o i l 7u h 81b v t e0 1 ：i t i e ，e r r o r 8l 萎h 1 62 c t eo 1o1 t r a r s r d ir , g 9b y e33 廿n 8 11 互t r a r 暑m 嚏r e c l e 醴 1 0f l c a r 时t e 1 1c a e6b v t e 1 2o c 0 b l e8b 7 t e 13c a a 1 c1 0 匕幔e 1 4m a x c 拉下a1 e 啦e 15y l r c a t a1 1 匕讥e s c o n f i 9 印 6 曙糟m i le r a 蚪e 01p ot r a r s m i s 嗣o n 1 1 t r r s r m s s i o r 嘲5 出墙 v w t ee r i e o - ：i 辐b l e e 1 - e r 8 b i e 0 r e 8 0e r a l 2 l e 0t ：i s a b l 酗 1 - e c - a c l e c c o m m u l c a 缸0 re n a b e 0 = ：i s a c l e 口 1le r a b l e 口 f 盎r s r n i s 9 。np r i o n t y 1 1 霉1 0 w0 d e r a 廿。r a ip r i o r i t y 1 0lt , i g l o ：m , r a o r a + 何呻 0 1t 锄a m lp - i o f r l w 0 015 4 b mp r i o r i t y 图2 7 通信对象表和r a m 标志表 对象描述( o b j e c td e s c r i p t o r ) 描述了对应通信对象的属性。它由三个字节组 成：数据指针( d a t ap o i n t e r ) ，配置字节( c o n f i gb y t e ) 和类型字节( t y p eb y t e ) 。数 据指针指向通信对象值的存储地址。通信对象值可以存储在r a m 或者e e p r o m 中，如果存储在r a m 中，数据指针表示直接地址，如果存储在e e p r o m 中， 数据指针表示间接地址，在计算地址时需加上一个十六进制偏移量l l o h ；配置 字节是用来配置通信对象的通信参数，其中最高位必须是1 ，剩下7 位分别控制 发送使能，通信对象值存储类型标志，写使能，读使能，通信使能，发送优先 级等；类型字节决定了通信对象值的长度，从1 位到1 4 字节，具体对应关系参 见图2 7 中的描述。 武汉理工大学硕士学位论文 虽然r a m 标志表存储在内存的位置是不确定的，但它仍然是通信对象表的 一部分，下面介绍r a m 标志表，r a m 标志表存储了每个通信对象的通信标志 属性，每一个通信对象需要半个字节的空间来存储其属性。r a m 标志表的起始 地址由通信对象表中的r a m 标志表指针决定，结束位置根据通信对象的个数来 确定。 r a m 标志表是系统软件和应用程序的软件接口，如图2 8 所示，它展示了 系统软件和应用程序之间的交互过程。 系统软件 置位查询查询 更新标志传输状态标志数据请求标志 读写值 上tt0 j 更新标ij 传输状ii 数据请l 志 fl 态标志li 求标志i 通信对象值 r a m 标志 上下丁0 7 查询置位置位 、 更新标志传输状态标志数据请求标志 读写值 。 应用程序 图2 8 系统软件和应用程序接口 更新标志( u p d a t en a g ) 是当系统软件收到一个有效的组报文时，将相对应的 通信对象的值更新，同时将更新标志置位以便应用程序查询；传输状态标志 ( t r a n s m i ts t a t u sf l a g s ) 是指当有数据要发送到总线时，且此时传输状态标志未置 位，则置位以通知系统软件，系统软件通过查询检查到该位置位，则将数据发 到总线上；数据请求标志( d a t ar e q u e s tf l a g ) 是指应用程序为了获取一个对象当 前的状态，则将该位置位，系统软件通过查询检查到该位被置位后则往总线上 发送一个查询通信对象值的组报文，随后收到被查询通信对象的值。 上面介绍了通信对象，下面研究通信对象的通信过程。为了通过组报文的 方式往总线上发送一个对象通信值，系统软件必须知道哪一个组地址属于该通 信对象。因此又使用了另外两张表：地址表( a d d r e s st a b l e ) 和关联表( a s s o c i a t i o n t a b l e ) 。地址表包含了b c u 用到的全部地址，而关联表则将组地址和通信对象 关联起来。 地址表( a d d r e s st a b l e ) 拘数据结构如图2 - 9 所示，第一个字节表示所有地址 武汉理工大学硕士学位论文 的个数总和，包括全部的组地址和唯一的物理地址，例如如果该字节的值为4 ， 则表示地址表包含1 个物理地址和3 个组地址。地址表中的下一项则为物理地 址，占两字节，接下来为全部的组地址，每个组地址占两个字节。全部地址使 用连接号( c o n n e c t i o nn u m b e r ) 按照升序标记，其中第一个组地址的连接号为1 ， 连接号将在关联表中用到。 c m n o c t i o n 襻 o 1 2 3 a d d r e s st ab l e l e 啄h( 1b y t e ) p h y s i c a la d c r e s s2 时t 胬) g r o u pa 蹴i l r e s 8 ( 2b y t 豁) g r o u pa t , d r e s s2b y t e s ) g r o u pa 翻n b s s2b y t e s ) l o w m e m o r y h 曲m e m o r y 图2 9 地址