基于Lonworks总线的嵌入式智能节点的设计

1、    基于Lonworks总线的嵌入式智能节点的设计摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte1   前言LonWorks现场总线是美国Eche

2、lon公司推出的局部操作网络，它具有统一性、开放性、互操作性及支持多种通信介质等优良性能,是当今最流行的现场总线之一。但是由于LonWorks控制节点的核心神经元芯片（Neuron Chip）的应用处理能力相对较弱，因而对于复杂的应用常使用主从处理器结构，主处理器完成用户的应用功能，而把Neuron芯片作为通信协处理器。由于可以提高了节点的处理能力，节省资金和开发时间，因此，具有多功能的通用嵌入式主处理器具有很好的应用前景。本文采用的MSP430F149主处理器是TI公司基具有较高的集成度的芯片,简化了应用系统的硬件设计,适合作为多用途智能节点。2    

3、;       ShortStack的介绍和实现2.1  ShortStack的结构ShortStack微服务器是Echelon公司提供的一套开发包，其结构图如下：图1  ShortStack结构图由图可看到，主处理器与ShortStack 微服务器通信通过ShortStack API函数来实现，通常使用其中的5个，lonInit（），lonEventHandler（），lonPropagateNv（），lonPollNv（）和lonsendServicePin()。ShortStack Micro Server,

4、运行ShortStack固件，运行LonTalk协议的16层；主处理器运行SCI串口驱动程序，运行ShortStack API函数，处理与Lonworks其他节点通信；主处理器应用部分调用ShortStack API函数。主处理器设备的接口支持文件，由Neuron C model file 通过使用ShortStack向导来产生，产生数据表定义网络变量和收发器参数。而Model file只需要声明网络变量NVs，配置属性CPs和功能模块FBs，因此，可以不需要熟悉Neuron C。串行驱动程序为主处理器和从处理器之间提供一个独立的接口。整个串行驱动程序由两部分构成：上层驱动程序为主应用程序提供

5、一个接口；底层驱动程序完成与神经元芯片的硬件接口。上层和底层驱动之间的数据交换通过缓冲队列完成。底层驱动程序与从处理器的通讯包括SCI上传和SCI下传两类，SCI上传是数据由神经元芯片上传到主处理器；SCI下传是数据由主处理器下传到神经元芯片。2.2  ShortStack的软件实现采用提供的Neuron C模板事例修改编写。主要修改ldvsci.h和ldvsci.c中与MSP430F149处理器相关的语句。在ldvsci.h中，修改为：#define ENABLE_RX_TX()         

6、60;    (ME1 | = UTXE0+URXE0)#define ENABLE_TX_ISR()              (IE1 |= 0x80)     #define ENABLE_TX_COMPLETE_ISR() （IFG1|=0x80）   /USART0发送标志#define ENABLE_RX_ISR()  

7、60;           (IE1|= 0x40)   /enable SCI receive interrupt#define DISABLE_TX_ISR()             (IE1 &= 0x80)#define DISABLE_TX_COMPLETE_ISR()  (IFG1 &= 0x80) 

8、0;  / USART0发送标志复位#define DISABLE_RX_ISR()             (IE1 &= 0x40)    #define CHECK_RTS()                  (P2OUT& 0x02)

9、         / check RTS#define CHECK_CTS()                  (P2IN& 0x01)         / check CTS#define ASSERT_RTS()   

10、0;              (P2OUT &= 0x02)       / assert RTS#define DEASSERT_RTS()               (P2OUT|= 0x01)     

11、   / deassert RTS#define DEASSERT_HRDY()             (P2OUT |= 0x04)        / deassert _HRDY#define ASSERT_HRDY()             

12、60; (P2OUT &= 0x04)       / assert _HRDY    在ldvsci.h中，修改了void SysResetSCI(void) ，void SysInit(void)，void SysUpdateWDT(void)， interrupt void RxInt (void)以及interrupt void TxInt (void)中与MSP430F149相关的程序。其他文件做少许改变，其中platform.h定义了BIG_ENDIAN and LITTLE

13、_ENDIAN的区别，对应于哈佛结构和冯诺伊曼体系结构。由于MSP430F149核是冯诺伊曼体系结构的，所以ShortStack需用LITTLE_ENDIAN（即高字节存在高位地址）。2.3ShortStack的硬件件实现从处理器（如图2）采用TP/FT-10F控制模块，该模块由微型电路板构成, 包括一个3150 芯片、一块闪存、一个通信收发器、电源连接器、I/O 口和网络接口, 其中IO_0IO_10 为神经元芯片3150 的11 个I/O 管脚用于对控制设备的连接, DataA 和DataB 是FTT- 10收发器与网络的连接口，它能够将主处理器经过处理输出的数据发送到LON 总线，也可以

14、将LON 总线上的消息传送给主处理器。主处理器与神经元芯片之间的通信采用SCI模式。SCI接口是一个半双工串行异步通信接口，通信的格式是：一个起始位，8个数据位和一个停止位（LSB在先）。通信模式的选择由IO3确定，IO3接地选择SCI通信模式。IO5、IO6则用来选择通讯速率。3 cos_的移植cos_的全部源代码，共16个文件。移植工作涉及的源文件分为三部分：与处理器无关的代码部分，这部分代码完成操作系统的基本功能，包括10个文件，即：OS_CORE.C，OS_MBOX.C，OS_MEM.C，OS_Q.C，OS_SEM .C，OS_TASK.C，OS_TIME.COS_FLAG.C，OS

15、MUTEX.C，uCOS_II.H。设置代码部分，包括OSCFG.H 和INCLUDES.H 两个头文件，用来进行操作系统配置。图2  主从处理器连接图最主要的部分是与处理器有关部分的代码，包括一个头文件OS_CPU.H、一个C代码文件OS_CPU_C.C 及一个汇编文件OS_CPU_A.ASM，将其移植到MSP430F149处理器上，需要修改这3个与体系结构相关的文件，代码量大约是500行。下面分别介绍这3个文件的移植。OS_CPU.H这部分代码包括数据类型定义、堆栈单位定义、堆栈增长方向定义、关中断和开中断的宏定义以及进行任务切换的宏定义等。其中，为了在不同的工作模式下调用系统的

16、底层接口函数不受访问权限的限制，使用软中断SWI。堆栈的单位与CPU的寄存器长度一致，结构常量OS_STK_GROWTH置1，表示堆栈从由高地址向低地址增长。OS_CPU_C.C要求编写六个简单的c函数：OSTaskSiklnit()；OSTaskCreateHook()；OSTaskDelHook()；OSTaskSwHook()；OSTaskStatHook()；OSTimeTickHook()唯一必要的函数是OSTaskStklnit()，其它五个函数必须声明但没必要包含。对于OSTaskStklnit()而言，OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()通过调用OS

17、TaskStkInit()来初始化任务的堆栈结构，OSTaskStkInit()返回堆栈指针所指的地址，OSTaskCreate()会获得该地址并将它保存到任务控制块(OS TCB)中。CPU_ A.ASM要求编写四个简单的汇编语言函数：OSStartHighRdy()；OSCtxSw()；OSIntCtxSw()；OSTickISR()。将所有与处理器相关的代码放到OS_CPU_C.C文件中，而不必放在一些分散的汇编语言文件中。(1)OSStartHighRdy()：运行高优先级就绪任务函数OSStartHighRdy()必须调用OSTaskSwHook()，因为OSTaskSwHook()

18、可以通过检查OSRunning而确定是OSStartHighRdy()在调用它(OSRunning为FALSE)还是正常的任务切换在调用它(OSRunning为TRUE)。OSStartHighRdy()还必须在最高优先级任务恢复之前和调用OSTaskSwHook()之后设置OSRunning为TRUE。(2)OSCtxSw()、OSIntCtxSw()：上下文切换函数任务级的切换是通过发软中断命令来完成的，其中断向量地址必须指向OSCtxSw()。中断级的切换由OSIntExit()通过调用OSintCtxSw()来执行切换功能。(3)OSTickISR()：定时中断函数OSTickISR(

19、)函数主要负责进人中断时保存处理器寄存器内容，完成任务切换退出时恢复处理器寄存器内容并返回，相当于中断服务程序的入口。4   c/os_与ShortStack的结合    因为c/os_嵌入式操作系统代码和ShortStack应用程序代码的固有的特征，两者可以有机的结合在一起。cos_由系统服务，如邮箱、内存管理、消息队列、信号量管理等，对于这些服务是在OS_CFG.h定义了的，当设计的系统要使用这些服务时只需要将定义的值改为1即可。将ShortStack应用程序中的常量定义全部放在OS_CFG.h中。这样可以同时对操作系统各种服务函数和Sho

20、rtStack 的API和APP函数实现了裁减。   将ShortStack应用程序当作cos_操作系统的一个任务运行。先定义堆栈，以便保存本任务在任务切换时单片机的寄存器的当前值，当cos_下次调度到该任务运行时就可以从堆栈恢复CPU的值，从而该任务继续运行。程序如下：OS_STK TaskStartStkTASK_STK_SIZE;  /任务Task1的任务堆栈OS_STK ShortStackStkTASK_STK_SIZE;  /ShortStack的任务堆栈/其他任务堆栈Void main（void）OSInit();OSTaskCreat(Task1，（void *）0,& TaskStartStkTASK_STK_SIZE-1,0);OSTaskCreat(ShortStack，（void *）0,& ShortStackStk0,2);/创建其他任务OSStart();return 0;void ShortStack(void)lonInit();for(; ; )    lonEventHandler();/周期性调用检查是否有任何LonWorks事件要处理由于c/os_操作系统没有任何的硬件驱动，所以用户自己将ShortStack串口驱动、输入输