LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计

1、LON现场控制制网络到以太太网互连适配配器的设计摘要：以单单片机为核心心连接现场控制网网络与以太网网互连适配器器的设计方案案，描述了神神经元芯片使使用并行模式与单片机通通信的方法，介介绍了单单片机控制以以太网控制芯芯片的方法法。并采用语言实实现传传输，完成了了系统的调试试与验证。 关键词词： 以太网 单单片机随着互联网的发发展，在使用用计算机进行行互联的同时时，各种智能能家电、工业业控制、智能能仪器仪表、数数据采集都在在逐步趋向网网络化。但由由于以太网在在实时性和可可靠性的先天天不足，各种种现场总线技技术应运而生生；更因为其其彻底的开放放性、分散性性和完全可互互操作性等特特点，正成为为未来新型

2、工工业控制系统统的发展方向向。以太网以以其应用的广广泛性和技术术的先进性，逐逐渐垄断了商商用计算机的的通信领域和和过程控制领领域的上层信信息管理与通通信。为实现现上层管理网网络与下层控控制网络的集集成，在实际际中必须实现现现场总线与与以太网互联联。现场总线线是美国公司年推出的的局部操作网网络。现场总线在在网络通信方方面具有突出出优点，如网网络物理层支支持多种通信信介质，支持持多种网络拓拓扑结构等。目目前使用技术的产产品广泛应用用于工业、楼楼宇、家庭、能能源等自动化化领域。本文文提出的适配配器连接方案案，能将控制网与与以太网无缝缝连接，实现现透明传输。 HYPERLINK 图1 互连适配器的电路

3、框图 互连适配器硬件电路设计适配器使用的主主要芯片为神神经元芯片、单片机和以太网控控制器。主要分分为控控制模块、协协议转换模块块和以太网通通信模块。其其中，协议转转换由单片机机内部软件完完成。 控制模块控制模块块主要完成对对网数数据的管理并并向单片机传传输数据，其其核心是神经经元芯片。神神经元芯片与与其他设备的的互连是通过过其个口，编编程人员可以以定义多个引引脚为输入输出对象。用用户程序可通通过（）和（）访问这这些对对象，并在程程序执行期间间完成输入输出操作。本本文设计的适适配器采用芯片预定义义的并行对象，实实现了高数据据速率和全双双工工作方式式。并行对象象利用的个口进行通信信。其中为双向数据

4、据线，为控制信号号线。借助令令牌传递握手手协议，并行行口可可外接处理器器，实现芯芯片与外接各各类微处理器器之间的双向向数据通信。并并行口的速率率可达，工工作方式有三三种，即主模模式、从模模式和从模模式。不同的的模式下，这三根根控制信号线线的意义不同同。本文应用用从模式与单片机连连接如表所所示。表1 Neuroon芯片与单单片机的连接接IO8片选信号线（CCS）接P22.5IO9读写信号线（RR/W）接PP3.6IO10握手信号线（HHS）接P11.0IO0IO77数据总线接P00.0P00.7从模式中，芯片为从机机，单片片机为主机。主主机与从机间间的数据传输输通过虚拟的的写令牌传递递协议（ ）

5、实实现。主机和和从机交替地地获得写令牌牌，只有拥有有写令牌的一一方可以写数数据（不超过过字节节），或者不不写任何数据据传送一个空空令牌。传送送的数据要遵遵从一定的格格式，即在要要传送的数据据前面加上命命令码和传送送的数据长度度。命令码有有（写写数据）、（传递递空令牌）、（要要求从机同步步）、（确确认同步）四四种，最后以以字节节结束。写数数据和传递空空令牌的格式式分别如表、表所示示。表2 写写数据的格式式CMD_XFEERLengthDataEOM表3 传递空令令牌的格式CMD_NULLLEOM 以太网网通信模块以太网通信模块块由单片片机和组成。以以太网控制器器由由台湾公公司生产，脚封装。它它支

6、持位数据总总线及个个基地地址选择，使使用兼容的的寄存器结构构。它有一块块字节节的，地地址为。实际上它它是双端口，可以以同时被网卡卡读写和用用户读写，相相互之间不影影响。网卡读读写比用户读读写的优先级级高。分页存储，每每字节节称为一页。将将前页作作为发送缓冲冲区（），后页作为接收收缓冲区（）。以太网的介质访访问控制、校验及及数据帧的接接收和发送都都由网卡自动动完成，只需需将包加加上目的地址和源源地址，再通通过远端接口对内部部进行行读写即可。网网卡的地址线线共根。用用到的网卡地地址为十六进进制的，基基地址为，从从地址。地址线线的是固定定的，只需根地址线即即可。所以输入入输出地址共共个，地地址偏移量

7、为为（对应应于）。对于位操作方式式，个地地址中只有个有用：共个寄存器地地址，为地地址，为复位地址址。本适配器器采用轮询方方式，不使用用中断。故与单单片机的连接接如表所示示。表4 RRTL80119as单片片的连接IORB读信号，接P33.6IOWB写信号，接P33.7RSTDRV复位信号，P33.4AEN地址信号，接地地IOCS16接下拉电阻，选选择8位模式式S0S7数据总线，接单单片机P0口口A19A100，A6地址线接地A9，A5接P2.5（高高电平时选中中）A4A0接单片机P2.0P2.4表5 单片机发发往RTL88019ass的数据格式式以太网首部IP首部UDP首部数据14字节20字节

8、20字节128n字节节本适配器使用传送数数据，同时支支持的回应应答答和回应请求求报文（命令），单单片机发往的数数据帧格式如如表所示。用单片机实现协议要要作一些简化化，不考虑数数据分片和优优先权。因此此，在首首部中不讨论论服务类型和和标志偏移域域，只需填“”即可。 互连适适配器的硬件件电路设计由于只只有四个位位口，无无法同时与 和和通信信，故使用口作为数数据总线。作为为片选信号，高高电平为，低电电平为。图给出出了互连适配配器的电路框框图。其中和复用用同一条位位数据线，依依靠进行片选。当当高高电平时，地址址（）有效效，被选中。作为单片机机的下载线，互互联适配器也也可使用口与与计算机通信信。 HYP

9、ERLINK 图2 适适配器工作流流程图 互互连适配器的的软件设计适配器的软件编编写包括两部部分：一部分分是上上用 语语言编写；另另一部分是在在上用语言开发发协议栈和和与、的通通信软件，可可读性强，可可方便地移植植到其他核心单片机机上。 适配器器的初始化单单片机和之间先建建立握手信号号，即信信号有效（由由的固固件自动实现现）；然后，主主机发送一个个命令，要求求从机同步，而而从机接收到到这个信号后后，则发送，表示已同同步，可以通通信了。在通信前要要先读取的内内容并设置内内部寄存器的的值（配置寄寄存器，网络节节点地址），再再由对的的页与页相关寄存器器进行初始化化，即可正常常工作。 适配器器工作流程

10、考虑到网网主要作为监监控网络，特特别在楼宇自自动化中的监监控，由网发往以以太网的数据据较多，应首首先保证其优优先权。且只有字节的的内存，无法法处理大的以以太网帧。经经过实验比较较，在最后具具体实现时，选选择最最大为每帧字节，尽尽量做到每收收个帧，发一一个以太网帧帧，流程如图图所示。 服务器器监控软件的的设计现场总线线使用网络变变量的方式传传送数据。一一个网络变量量是网网络节点的一一个对象，各各个节点之间间的联系通过过网络变量实实现。当一个个网络变量在在一个节点中中被应用程序序改变时，协议自动动将新值构成成隐式消息透透明地发往可可与之共享的的其他节点，而而应用程序则则不必考虑发发送、接收和和寻址的问题题。安装在服服务器上的监监控软件将需需要