LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计（DOC 6）

1、颁LON现场控制笆网络到以太网互暗连适配器的设计岸摘要：佰以单片机为办核心连接罢现场控制网络与盎以太网互连适配罢器的设计方案，案描述了神经元芯般片使用并行爱模式与单盎片机通信的方法邦，介绍了单安片机控制以太网捌控制芯片扳的方法。颁并采用语瓣言实现传阿输，完成了系统罢的调试与验证。肮坝 岸关键词：矮碍 以太网 埃暗 八单片机安随着互联网的发霸展，在使用计算扮机进行互联的同叭时，各种智能家扳电、工业控制、岸智能仪器仪表、百数据采集都在逐拌步趋向网络化。邦但由于以太网在百实时性和可靠性案的先天不足，各颁种现场总线技术罢应运而生；更因半为其彻底的开放盎性、分散性和完蔼全可互操作性等扒特点，正成为未懊来

2、新型工业控制百系统的发展方向佰。以太网以其应扳用的广泛性和技板术的先进性，逐八渐垄断了商用计班算机的通信领域拜和过程控制领域澳的上层信息管理癌与通信。为实现蔼上层管理网络与捌下层控制网络的般集成，在实际中拔必须实现现场总稗线与以太网互联奥。般傲现场总线是美拔国板公司板年推出的局部操扒作网络。巴现场霸总线在网络通信白方面具有突出优半点，如网络物理啊层支持多种通信爸介质，支持多种跋网络拓扑结构等八。目前使用班技澳术的产品广泛应版用于工业、楼宇奥、家庭、能源等板自动化领域。本巴文提出的适配器安连接方案，能将隘控制网与百以太网无缝连接白，实现透明传输叭。袄图1 互连适配懊器的电路框图挨 互连适配器吧硬

3、件电路设计胺适配器使用的主懊要芯片为神经元拜芯片耙、单奥片机邦和以太网控埃制器胺。主要白分为肮控制模块霸、协议转换模块扮和以太网通信模伴块。其中，协议暗转换由单片机内把部软件完成。皑 案控制懊模块肮跋控制模块主要白完成对网巴数据的管理并向暗单片机传输数据蔼，其核心是神经矮元芯片。神经元俺芯片与其他设备笆的互连是通过其半个口肮，编程人员可以靶定义多个引脚为盎输入输出对象肮。用户程序可通蔼过（坝）和八（）访问这些半对象，并扒在程序执行期间板完成输入输出笆操作。本文设计百的适配器采用版芯片扳预定义的并行俺对象，实现摆了高数据速率和伴全双工工作方式芭。案并行对象矮利用爸的个捌口进行通信。班其中昂为双向

4、数据板线，拜为控制信叭号线。借助令牌邦传递握手协议，般并行口可懊外接处理器，实昂现案芯片与外接各类凹微处理器之间的叭双向数据通信。盎并行口的速率可鞍达懊，工作方式有蔼三种，即主模式隘、从模式和从埃模式。不同的懊模式下，翱这三蔼根控制信号线的扒意义不同。本文癌应用从模式拜巴与单片机连接如挨表所示。岸表1 Neur氨on芯片与单片伴机的连接袄IO8爱片选信号线（C耙S）接P2.5吧IO9蔼读写信号线（R伴/W）接P3.斑6拔IO10百握手信号线（H靶S）接P1.0唉IO0IO7昂数据总线接P0扮.0P0.7胺从模式中，捌芯片吧为从机，单奥片机为主机。主绊机与从机间的数稗据传输通过虚拟吧的写令牌传递

5、协稗议（佰 肮 柏霸 白）实现。斑主机和从机交替扮地获得写令牌，斑只有拥有写令牌疤的一方可以写数胺据（不超过熬字节），或者扒不写任何数据传背送一个空令牌。胺传送的数据要遵凹从一定的格式，哎即在要传送的数伴据前面加上命令伴码和传送的数据白长度。命令码有癌凹（写数据）、伴板（传递空令牌安）、安（要搬求从机同步）、阿板（确认邦同步）四种，最拌后以字节安结束。写数据和罢传递空令牌的格靶式分别如表、袄表所示。安表2 写数据的叭格式背CMD_XFE澳R埃Length白Data傲EOM蔼表3 传递空令把牌的格式隘CMD_NUL爸L暗EOM奥 以太网拔通信模块皑以太网通信模块搬由单片机和碍蔼组成。以太熬网控制

6、器绊由爱台湾败公司生产，岸脚扒封装。它支持啊位数据板总线及个八基地址选择扒，使用半兼容的寄存伴器结构。它有一跋块字节的拔，地址为爱巴。吧实际上它是双端巴口，可以矮同时被网卡读安写和用户读写邦，相互之间不影隘响。网卡读写比敖用户读写的优先半级高。分胺页存储，每癌字节称为一页傲。将前页作啊为发送缓冲区（斑把）疤，后页作为版接收缓冲区（耙拜）。笆以太网的介质访巴问控制、把校验及数据帧的霸接收和发送都由耙网卡自动完成，蔼只需将包加半上目的地熬址和源地址，再氨通过远端奥接口对拌内部奥进行读写隘即可。网卡的地氨址线共根。澳用到的网卡地址挨为十六进制的奥芭，基地址昂为，唉从地址板。地班址线的袄是固定的拜八般

7、，只需根地址瓣线即可。所以啊伴输入输出地址唉共个，地址唉偏移量为瓣（对应百于爱）。对于般位操作方式，袄个地址中只疤有个有用：癌霸共个寄存器熬地址，为哎地址，扒为复位地址盎。本适配器采用唉轮询方式，不使埃用中断。故扒傲与单片机的连接敖如表所示。摆表4 RTL8吧019as单片皑的连接熬IORB哀读信号，接P3把.6板IOWB奥写信号，接P3阿.7斑RSTDRV版复位信号，P3板.4懊AEN班地址信号，接地埃IOCS16俺接下拉电阻，选耙择8位模式伴S0S7半数据总线，接单唉片机P0口霸A19A10岸，A6熬地址线接地熬A9，A5啊接P2.5（高捌电平时选中）奥A4A0翱接单片机P2.叭0P2.4

8、埃表5 单片机发版往RTL801懊9as的数据格半式笆以太网首部隘IP首部败UDP首部班数据肮14字节班20字节按20字节邦128n字节耙本适配器使用笆传送数据，罢同时支持岸的回应应答和办回应请求报文（巴命令）懊，单片机发往摆靶的数据帧格式阿如表所示。案用单片机实现背协议要作一坝些简化，不考虑办数据分片和优先吧权。因此，在爸首部中不讨论隘服务类型和标志哎偏移域，只需填背“”即可。板 互连适坝配器的硬件电路阿设计耙由于爸只有四挨个位口碍，无法同时与翱板 和艾通信，办故使用口作扮为数据总线。靶作为片选癌信号，高电平为绊懊，低电平为哎办。图给出了佰互连适配器的电爸路框图。其中败和坝复芭用同一条位数把

9、据线，依靠拜进行片选。百当高电澳平时，袄地址懊（懊）有效，被选中耙。伴作为单片机的下胺载线，互联适配般器也可使用碍口与计算版机通信。氨图2 适配器工班作流程图哎 互连适配器疤的软件设计隘适配器的软件编版写包括两部分：熬一部分是扳上用熬 板语言编写；另按一部分是在哎上用胺语言开发败协议把栈和与敖、百按的通信软件，可扳读性强，可方便蔼地移植到其他哀核心单片机上敖。癌 适配器班的初始化邦单叭片机和扒之间先肮建立握手信号，跋即信号有效阿（由敖的固件自挨动实现）；然后白，主机发送一个白懊命令，要跋求从机同步，而埃从机接收到这个懊信号后，则发送瓣笆，表示翱已同步，可以通暗信了。矮在通信前挨要先读取袄的内容

10、并设按置内部寄存器的挨值（配置寄存器拔扒，网络节点办地址），再由翱对俺的页挨与页相关寄拌存器进行初始化稗，即可正常工作败。巴 适配器按工作流程安考虑到网皑主要作为监控网肮络，特别在楼宇吧自动化中的监控稗，由网发佰往以太网的数据办较多，应首先保颁证其优先权。且澳蔼只有字摆节的内存，无法鞍处理大的以太网罢帧。经过实验比挨较，在最后具体百实现时，选择挨最大为每帧版字节，尽量拜做到每收个颁帧，发一跋个以太网帧，流唉程如图所示。爱 拔 服务器版监控软件的设计俺懊现场总线使用捌网络变量的方式摆传送数据。一个叭网络变量是稗网爱络节点的一个对绊象，各个节点之柏间的联系通过网袄络变量实现。当叭一个网络变量在百一个节点中被应哀用程序改变时，办扒协议自动将新值拔构成隐式消息透哎明地发往可与之芭共享的其他节点俺，而应用程序则疤不必考虑发送、坝接收和寻址的问颁题。安装在服务捌器上的监控软