基于LonWorks的在系统编程技术-中文翻译

1、基于lonworks的在系统编程技术作者：ackerman show 来自:engineering and application of automation 题目：based on lonworks technology in the system programminglonworks平台 mcu单元和isp编程技术引言 isp（in system programming）在系统编程就是为重新配置逻辑，或实现新的功能而对器件进行编程或反复编程，而这一切是在用户设计的目标系统或印刷电路板上进行的 现在isp器件的日益成熟和伴随着eda工具的普及，isp技术也得到了越来越普遍的应用。isp技术

2、的应用使硬件设计软件化，这显著优势在于：生产流程简化；多种系统功能用同一硬件结构实现，使之成多功能硬件；电路板级测试可在不特殊电路板资源的情况下进行；扫描边界测试；对系统的远程维护和升级可通过modem和isp编程接口实现。 isp器件的编程可通过个人计算机机进行，利用1条编程线（或称下载电缆）提供给该器件准确的定时编程信号。但是它不能使各种器件脱离eda工具独立进行的数据下载，在系统可编程难以真正的实现。通过微处理器的控制程序也可以实现对于isp器件的编程，这也是neuron芯片的lon网络节点提供应用空间的基础。 美国echelon公司1991年推出的局部操作网络lon(local ope

3、rating networks)总线，目前已普遍的应用于测控网络中。这个技术将网络的概念（lonworks现场总线技术）引入控制系统中。在该技术的基础上，分布式的网络控制系统可以方便地实现，并使得控制系统更加高效、灵活和易于维护和扩展。利用分布的智能控制节点进行在系统编程无需编程电缆，而且系统资源能够充分地得到利用，编程操作得到简化，在系统编程技术的应用范围大大拓展了。 1 基于neuron芯片的控制节点 1.1 neuron芯片的简单介绍 lonworks节点的核心部分是 neuron芯片，它既能管理通道和具有输入/输出以及控制等能力。其主要包括neuron 3120和3150两大类。二者的

4、区别是3150芯片中无rom，但拥有访问外部存储器的接口，寻址空间可达64kb，可用于开发更为复杂的应用系统，完整的lontalk通信协议已经固化在neuron芯片内部了，确保节点间的可靠通信和互操作。芯片内部有3个8位cpu协调工作，实现lon节点的通信和控制功能；11个编程i/o口； 3种工作方式被5个网络通信端口所提供：单工方式、差分方式和专用方式。 1.2 控制节点的硬件结构 lon网络节点有2类：基于neuron芯片的节点（其唯一的处理器是neuron芯片）和基于主机的节点（其主处理器可以是微控制器、pc机等）。一个典型的现场总线控制节点的基本结构如图1所示，主要包含以下几个部分功能

5、块；应用 cpu、 i/o处理单元、通信处理器、收发器和电源。无论哪种类型的节点都有1片neuron芯片用于通信和/或控制、1个i/o接口用于连接1个或多个i/o设备，另外还有1个收发器负责节点的网络连接。 控制节点的基本结构如图2所。该节点主要包括neuron芯片、128kb的flash存储器、10mhz晶振、ftt-10a收发器以及示i/o接口、驱动、 cpld。neuron芯片外部扩展了flash存储器，用于存储固件和用户应用程序。其中固件通过编程器下载，而应用程序的下载可以使用编程器，还可以使用网络管理工具经lon网络下载，这样，cpld的重新配置就能够通过lon网络方便快捷地进行。5

6、根在系统编程控制的ispen、mode、sdi、sclk,以太sdo占用neuron芯片的5个i/o口。neuron芯片i/o口本身的驱动能力是不够的，需要使用74hc367或74hc244增强信号驱动能力，信号线被适当的阻容网络滤波，其抗干扰能力得到增强。2 在系统编程的软件实现 2.1isplsi下面以lattic公司的isplsi（一种cpld器件）为例， e2coms单元阵列（器件内编程的需要的）如图2所示。 e2coms元件是按行和列排成阵列。当前的编程行数被地址移位寄存器所指明，而数据移位寄存器装载将要写入该行的数据。数据移位寄存器分为低段数据寄存器高段数据寄存器，低段与高段的数据

7、分别装入。编程时先将欲写放某行的数据串行移入数据移位寄存器，并将地址移位寄存器中与该行对应的位置置1（其余位置置0），让该行被选中，在编程脉冲的作用下将水平移位寄存器中数据写入该行。然后将地址移位寄存器移动1位，使阵列的下行被选中并将水平寄存器中装入下一行的编程数据，依此类推。 jedec（熔丝图）这种计算机文件是文件器件编程信息的标准格式，它是电子器件工程联合会所制定的，编程信息用ascii码表示。lattice公司定义了一种专用用于isp操作的数据格式，即isp数据流文件（ispstream），原来的一个ascii码只用1bit表示，大大减小了数据文件的存储空间。因此，执行在系统编程之前，

8、首先使用ispcode软件来实现这一数据转换，形成ispstream文件，其是易于与neuron c语言源代码相融合的。 2.2 neuron c编程语言 neuron c编程语言是专门为neuron芯片设计的，它派生于ansi c，并进一步扩展了各种运行特性，而这些特性是由neuron芯片中的固件所提供和支持的。neuron c语言编程效率高，可读性强。该语言加入通信、事件调度、分布数据对象和i/o功能，是开发lonworks应用的有力工具。 为实现neruon芯片与i/o设备之间的通信，neuron芯片的11个i/o引脚可定义为34种i/o对象，用户可根据实际应用的需要合理选择在应用程序中

9、定义不同的i/o对象，然后用io_in()或io_out()等函数实现对i/o对象的数据读写操作，即实现neuron芯片与i/o设备之间的通信。在本设计中，用作编程信号的i/o口定义为“直接i/o对象”中的“比特i/o对象”。 ttl电平兼容的逻辑信号是以比特输入方式的，cmos电平是输出，外接的与cmos以及ttl兼容的逻辑电路则被其驱动。 2.3 软件的实现 按照cpld器件的编程原理和内部结构，从存储器中读出熔丝图数据是控制程序的任务，接着将其转换为串行数据流，写入cpld中。编程的过程由5个编程信号控制，它们由事先定义好的i/o口产生，然后编制读写这些i/o口的程序。isp编程过程就是

10、软件对这些口读写的过程。编程的关键在于提供准确定时的isp编程信号，必须保证各isp编程信号之间的时序关系。 neuron c程序总体结构如图4所示。neuron c源程序首先定义变量、函数以及i/o口的使用情况，然后编写when()语句调度程序。当需要执行isp操作时，调用相关程序。图4中， cpld器件类型、cpld器件块擦除和行编程的脉冲宽度等参数都是ispstream文件头所包含的内容。 部分应用代码是被neuron c关键字所允许直接将加到指定的存储段。本设计中用far关键字将ispstream文件存储在ramfar区域。此外，在编程软件执行期间，由于指令的执行时间相对较长，大多数硬件定时要求（通常较短）都有自动地得到满足。但编程脉冲和总体擦除脉冲却分别长达40ms和200ms，而板上没有硬件定时器，只要靠软件延时来实现。 nodebuilder开发环境中，build命令被执行后，devicename.nei文件（其处于工作目录下）被输出，装载到编程器中，应用程序和固件被编程器下载到flash存储器中。结束语 在实际运行中证明， neuron芯片对cpld进行isp操作之后，cpld可以实现了预定的功能。现在，在航空/航天、楼宇控制、运输设备等多种领域lon网络控制技术的应用日益成熟，而且由于该技术具有高性能、低成