第六次课Lon总线

1、工业自动化网络工业自动化网络主 讲陈 青 林 本次课主要内容1.LonWorks技术核心元件技术核心元件-神经元芯片的结构特点神经元芯片的结构特点2.LonTalk通信协议通信协议3.LonTalk的介质访问控制的介质访问控制4.4.LonWorksLonWorks的互操作性的互操作性5.5.LonWorksLonWorks的开发工具的开发工具6.LNS技术7.7.面向对象的编程语言面向对象的编程语言Neuron C 5.2.2 LON5.2.2 LON总线分散式通信控制处理器总线分散式通信控制处理器神经元芯片神经元芯片1. 处理单元l该芯片内部装有三个微处理器：该芯片内部装有三个微处理器：M

2、AC处理器、网络处理器、网络处理器和应用处理器。处理器和应用处理器。2. 存储器 MC143150MC143150存储器的分配包括：存储器的分配包括：l 512bytes EEPROM512bytes EEPROM；l 网络配置和地址表；网络配置和地址表；l 独一无二的独一无二的4848位神经元位神经元IDID码；码；l 用户应用程序代码和一般只读的数据；用户应用程序代码和一般只读的数据；l 2048 bytes RAM2048 bytes RAM；l 堆栈段、应用程序和系统程序的数据区；堆栈段、应用程序和系统程序的数据区；l LonTalkLonTalk协议应用缓冲区和网络缓冲区；协议应用缓

3、冲区和网络缓冲区；l 最多最多64kB64kB存储器地址空间，但处理器提供外部存存储器地址空间，但处理器提供外部存储器接口能够访问到的是储器接口能够访问到的是59392 bytes59392 bytes；而剩下的；而剩下的61146114字节是作为系统内部映射。字节是作为系统内部映射。l 1638416384字节的外部存储器用于存储字节的外部存储器用于存储LONLON的操作系统；的操作系统；l 剩下的空间可作为用户编写的应用代码，以及应用剩下的空间可作为用户编写的应用代码，以及应用程序所需要的额外读写数据区、应用缓冲区和网络缓程序所需要的额外读写数据区、应用缓冲区和网络缓冲区。冲区。3 3输入

4、输入/ /输出输出l神 经 元 芯 片 和神 经 元 芯 片 和其 他 设 备 的 互其 他 设 备 的 互连是通过它的连是通过它的11个个 I / O IO0IO10。这。这些 管 脚 可 以 根些 管 脚 可 以 根据 不 同 外 部 设据 不 同 外 部 设备备I/O的要求，的要求，灵 活 地 配 置 输灵 活 地 配 置 输入输出方式。入输出方式。l神 经 元 芯 片 定神 经 元 芯 片 定时时/ /计数器外部计数器外部连接图连接图4. 4. 通信端口通信端口 单端模式单端模式 差分模式差分模式 专用模式专用模式5. 5. 时钟系统时钟系统6. 6. 睡眠睡眠/ /唤醒机制唤醒机制7

5、. Service Pin7. Service Pin8. Watchdog8. Watchdog定时器定时器 单端模式单端模式差分方式的通讯口配置框图差分方式的通讯口配置框图四四. .通信线路和设备通信线路和设备双绞线收发器双绞线收发器1.1.直接驱动直接驱动2.EIA-4852.EIA-485五五.LonWorks.LonWorks通信协议通信协议LonTalkLonTalk1 1LonTalkLonTalk协议的特点协议的特点: :l LonTalk LonTalk协议是为协议是为LONLON总线设计的专用协议，它具总线设计的专用协议，它具有以下特点：有以下特点：l 发送的报文都是很短的

6、数据发送的报文都是很短的数据( (通常几个到几十通常几个到几十个字节个字节) )；l 通信带宽不高通信带宽不高(2Kbps(2Kbps到到2Mbps)2Mbps)；l 网络上的节点往往是低成本、低维护的单片网络上的节点往往是低成本、低维护的单片机；机；l 多节点，多通信介质；多节点，多通信介质；l 可靠性高；可靠性高；l 实时性高。实时性高。2 LonTalk2 LonTalk七层协议七层协议3 LonTalk协议物理层协议协议物理层协议 l适应不同的通信介质，如：双绞线(twisted-pair)、电力线(powerline)、无线电(radio-frequency)、红外线(infrare

7、d)、同轴电缆(coaxialcable)、光纤(fiber)甚至是用户自定义的通信介质。l支持不同的数据解码和编码，如：通常双绞线使用差分曼切斯特编码、电力线使用扩频、无线通信使用频移键控(FSK)。4 LonTalk协议的网络地址结构及对大网络的支持l网络地址可以有三层结构：域网络地址可以有三层结构：域(Domain)、子网、子网(Subnet)和节点和节点(Node)报文地址结构图报文地址结构图 5 MAC子层5.6 LonWorks的互操作性 l可互操作网络的外部端口 -应用层端口 l几个主要部分组成： 1 节点对象节点对象 在一个节点内，节点对象用于对询问对象方式、报告对象状态提供支

8、持。节点对象包括与节点有关联的网络变量和结构参数。2 LonMark对象对象 LonMark对象为应用层提供了可互操作性的基础。LonMark对象描述了信息如何输入节点、如何从节点输出、如何与网络上其他节点共享信息的标准格式。3 标准网络变量类型标准网络变量类型 使用标准网络变量类型(SNVT)能使不同制造商的产品通过建立标准数据传送模式正确地翻译、传递数据。例如，一个以热敏电阻为基础的温度传感器可以与一个以热电偶为基础的温度传感器互换，如果它们都能产生经过校准的、类型为SNVT-temp的温度值的话。 4 数据传送数据传送 LonTalk文件传送协议只适用于数据文件的通信。数据文件传送协议只

9、适用于数据文件的通信。数据文件必须以文件必须以32字节的报文传送字节的报文传送(不包括协议头不包括协议头)，窗口尺，窗口尺寸为寸为6。5 结构参数结构参数 应用开发者在安装过程中可以选择设置结构参数。结构应用开发者在安装过程中可以选择设置结构参数。结构类型的网络变量能用于相对少量的结构信息，这样做具类型的网络变量能用于相对少量的结构信息，这样做具有网络变量的长处，例如：可以自我识别、自我记录、有网络变量的长处，例如：可以自我识别、自我记录、外接口文件的支持，并有发送、接收数据的简化方法。外接口文件的支持，并有发送、接收数据的简化方法。对于大量的结构信息，配置节点更简单的方法是使用结对于大量的结

10、构信息，配置节点更简单的方法是使用结构参数，结构参数是用构参数，结构参数是用LonTalk文件传送协议装入节点文件传送协议装入节点或由网络管理读或由网络管理读/写指令访问存储器得来的，结构参数的写指令访问存储器得来的，结构参数的使用能释放网络变量和以神经元芯片作为主处理器的应使用能释放网络变量和以神经元芯片作为主处理器的应用程序所占用的用程序所占用的EEPROM。 5.7 LonWorks开发工具开发工具 1.LonBuilder是是LonWorks技术中最主要技术中最主要的一个开发工具的一个开发工具它分为以下几部分：l(1) 节点开发器 l(2) 网络管理器 l(3) 协议分析器和报文统计器

11、 l(4) 例子程序和开发板 2 LonManager工具工具 lLonManagerLonManager主要由一系列的软件开发包和接口卡组主要由一系列的软件开发包和接口卡组成，它包括：成，它包括：LonManager DDELonManager DDE，LonManager LonManager ProfileProfile和和LonMakerLonMaker，LonManagerLonManager协议分析仪。协议分析仪。l LonManager DDE:LonManager DDE:主要针对将主要针对将WindowsWindows系统作为系统作为网络上的一个节点，该软件能让网络上的一个节

12、点，该软件能让WindowsWindows下开发应下开发应用软件通过用软件通过DDEDDE接口方便地发送或接收网络变量。接口方便地发送或接收网络变量。l LonManager ProfileLonManager Profile和和LonMakerLonMaker，由于，由于LonBuilderLonBuilder不便于携带，所以，不便于携带，所以，LonManagerLonManagerProfileProfile和和LonMakerLonMaker可以替代可以替代LonBuilderLonBuilder作为现场网作为现场网络安装工具，络安装工具，ProfileProfile完成节点的映像，完

13、成节点的映像，LonMakerLonMaker则完成网络的安装配置、维护和监测。则完成网络的安装配置、维护和监测。l LonManagerLonManager协议分析仪替代协议分析仪替代LonBuilderLonBuilder协议分协议分析器和报文统计器，作为网络协议分析统计。析器和报文统计器，作为网络协议分析统计。3 硬件接口卡硬件接口卡 l在在LonWorksLonWorks开发工具中还包含硬件接口卡，它开发工具中还包含硬件接口卡，它主要完成主机和神经元芯片进行数据转换。例主要完成主机和神经元芯片进行数据转换。例如，在如，在LonManager DDELonManager DDE中，通过中

14、，通过PCLTA(PC PCLTA(PC LonTalk Adaptor)LonTalk Adaptor)和和LONLON网交换数据。在网交换数据。在LonManagerLonManager协议分析仪中通过协议分析仪中通过PCC-10(PCMCIAPCC-10(PCMCIA接接口口) )或或PCLA(PCLonTalk)PCLA(PCLonTalk)和和LONLON网接口。网接口。5.8 LNS技术技术 lLNS(LonWorks Network Service)是是Echelon公司最新开发出来的公司最新开发出来的LON总线的开发工具，它总线的开发工具，它提供给用户一个强大的客户提供给用户一

15、个强大的客户/服务器网络构架，服务器网络构架，是未来是未来LON总线的可互操作性基础。使用总线的可互操作性基础。使用LNS提供的网络服务，可以保证从不同网络服务器提供的网络服务，可以保证从不同网络服务器上提供的网络管理工具可以一起执行网络安装、上提供的网络管理工具可以一起执行网络安装、网络维护、网络监测；而众多的客户则可以同网络维护、网络监测；而众多的客户则可以同时申请这些服务器所提供的网络功能。时申请这些服务器所提供的网络功能。 采用采用LONLON总线结构的现场网络总线结构的现场网络六六. 面向对象的编程语言面向对象的编程语言Neuron C l Neuron C是一种编程语言，它以ANS

16、I C为基础，专门为神经元芯片而设计，同时加入通信、事件调度、分布数据对象和I/O功能，是编写神经元芯片程序的最为重要的工具。 lNeuron C支持ANSI C的定义类型(typedefs)、枚举类型(enums)、数组类型(arrays)、指针类型(pointers)、结构类型(structs)和联合类型(unions)。 网络变量网络变量 l 应用程序可以定义一个特殊的静态对象类网络变应用程序可以定义一个特殊的静态对象类网络变量，这些网络变量可以是整型、字符型或结构等类型。量，这些网络变量可以是整型、字符型或结构等类型。网络变量可以与一个或多个其他节点的网络变量互连。网络变量可以与一个或

17、多个其他节点的网络变量互连。网络变量从通信的角度分为输入或输出，对于一个输网络变量从通信的角度分为输入或输出，对于一个输入的网络变量可以和其他节点的多个输出的网络变量入的网络变量可以和其他节点的多个输出的网络变量互连而对于一个输出的网络变量也可以和其他节点的互连而对于一个输出的网络变量也可以和其他节点的多个输入的网络变量互连，值得注意的是输出和输出多个输入的网络变量互连，值得注意的是输出和输出或输入和输入是不能互连的。或输入和输入是不能互连的。l 节点的数据可以通过网络变量进行共享，一个节点节点的数据可以通过网络变量进行共享，一个节点输出的网络变量更新，而所有与之相连的其他节点的输出的网络变量

18、更新，而所有与之相连的其他节点的输入网络变量也相应地更新。输入网络变量也相应地更新。 应用实例：应用实例： T21/22 T21/22次京沪高档车次京沪高档车LonWorksLonWorks网络列车监控系统网络列车监控系统l主要监控对象：主要监控对象： 1）列车各节车厢的空调总电流（含制冷、采暖工）列车各节车厢的空调总电流（含制冷、采暖工况）、故障显示、温度显示、空调集控、温度况）、故障显示、温度显示、空调集控、温度设定；设定；2）车厢的供电、照明工况和控制；）车厢的供电、照明工况和控制；3）塞拉门工况、塞拉门故障；）塞拉门工况、塞拉门故障；4）轴温报警器；）轴温报警器；5）防滑器；）防滑器；6）烟火报警器；）烟火报警器；7）列车管压力、制动支管压力。）列车管压力、制动支管压力。 T21/22网络拓扑图网络拓扑图轴报轴报器器空调空调网关网关空调空调控制器控制器车门车门网关网关车门车门控制器控制器烟火烟火网关网关烟火烟火报警器报警器防滑防滑网关网关防滑器防滑器供供 电电供电供电监控监控器器照照 明明制动制动20#车车代理节点代理节点轴报轴报器器空调