80C166单片机PEC服务的PROFIBUS-FDL从站协议实现

C166单片机PEC服务的PROFIBUS-FDL从站协议实现摘要:在详尽西门子８０Ｃ１６６单片机ＰＥＣ服务工作机制和ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ帧格式的根底上,提出了基于该种单片机ＰＥＣ服务机制的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站协议的实现方法,并在实际工作中得到成功应用.关键词:８０Ｃ１６６ＰＥＣ服务ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ

当前工业设备制造技术正向高性能、专用化、分布式、网络化方向发展.以前,大量使用ＰＬＣ实现的控制系统,实践证明虽然安全可靠,但由于ＰＬＣ本身的技术原因,很难到达更迅速的实时控制要求它们正被高性能的嵌入式专用控制器替代.这种专用控制器的设计,可以进一步提升设备的控制性能;引入现场总线技术,保证专用控制器的系统可集成性,以适应当前分布式、网络化的应用趋势.

本文是在研制棒材生产线飞剪的专用控制器时涉及的一个子课题.为保证该控制器能与现有ＰＬＣ网连接以及与远程操作站通信,在几乎不增多硬件的根底上,利用核心ＣＰＵ——西门子８０Ｃ１６６所具有的一个相似ＤＭＡ的功能高效率地实现ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站协议.

１西门子８０Ｃ１６６单片机

８０Ｃ１６６单片机是西门子Ｃ１６６系列１６位嵌入式微控制器的第一代产品.其体系构造如图１所示.它结合ＲＩＳＣ处理器的优势,克服了ＣＩＳＣ处理器在嵌入式应用中的瓶颈;在２５ＭＨｚ时钟频率下,可到达１２.５ＭＩＰＳ,几乎所有的指令执行时间小于８０ｎｓ;在指令处理上,采用四级指令流水线管道构造;在存储管理上,统一线性地址空间可达２５６ＫＢ,具有段代码、页数据式管理机制;采用存放器池,上下文切换时间只要８０ｎｓ;１６位乘法４００ｎｓ,３２位除法８００ｎｓ,间断响应时间最慢４００ｎｓ;外部事件控制器ＰＥＣ服务具有好似ＤＭＡ的功能,可实现存储器与外设之间的高速数据传输;丰富的在片外设:１ＫＢＲＡＭ、１０路Ａ／Ｄ、７６路Ｉ／Ｏ、７个定时器／计数器、１６个比较／捕获单元、２个串行通信接口、在片的ＷＡＴＣＨＤＯＧ等.

图1西门子80C166体系构造

２８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服务

２.１８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服务机制

ＰＥＣ是外部事件控制器的英文缩写.ＰＥＣ服务是８０Ｃ１６６提供的一种特殊数据传输机制.其目的是在原有的间断控制器根底上,用较小的硬件代价、尽或者少占用途理机周期实现内存与外部设备的迅速数据交换雷同ＤＭＡ,但无需专用的ＤＭＡ控制器.８０Ｃ１６６有８路ＰＥＣ服务通道.用ＰＥＣ服务开展一次数据传输,仅占用途理机一个机器周期２０ＭＨｚ时１００ｎｓ,且不影响当前程序的执行.

２.２ＰＥＣ服务的工作过程

通常,当普通间断事件发生时,系统将保存当前ＣＰＵ状况ＰＳＷ和程序的地址;然后,凭据不同的间断源,开展上下文切换,装载相应的间断矢量,执行相应的间断服务程序;执行完后,恢复被间断程序的上下文,继续执行被间断程序.

对于某一ＰＥＣ服务,它老是与一具体间断源、间断矢量或间断服务相连系.在８０Ｃ１６６中,当一个间断的间断优先级为最高级１４或１５且定义了与之有关联的ＰＥＣ服务通道时,该间断就具有ＰＥＣ服务功能.这时,当该间断请求发生时,将不触发间断服务程序的执行,而是触发ＰＥＣ服务.当ＰＥＣ服务经过设定的若干次的外部事件触发后,再触发执行相应的间断服务程序(一个普通间断过程).

如图２所示.一次ＰＥＣ服务的工作过程是由ＰＥＣ控制存放器定义的,其中计数位域(８位传送计数器)ＣＯＵＮＴ定义了ＰＥＣ服务的数据传输次数;源指针、目的指针指明具体的数据传输来源和目的;ＰＥＣ服务的数据传输过程完全由硬件执行:当间断请求发生时,由硬件将源指针所指单元的内容传给目的指针所指的单元,然后由ＰＥＣ控制存放器相应定义位控制是源指针还是目的指针增多１或２,同时ＣＯＵＮＴ值减１;当多次间断请求使ＣＯＵＮＴ减为０时,ＰＥＣ服务完成,触发与之关联的间断服务程序.

２.３ＰＥＣ服务应用优点

以串口接收一帧１６字节的数据为例.若采用传统的串口接收方式,每接收到一字节,形成一个间断;在间断服务程序中,要将它从串口接收缓冲器中取出,顺序放到帧接收缓冲区相应单元中;当接收满１６字节后,开展帧处理.

如果采用ＰＥＣ服务的方式,只要事先定义好ＰＥＣ通道就可以了.最初,定义串口接收间断优先级为１４或１５以及与之有关联的ＰＥＣ通道.即定义相应ＰＥＣ通道控制存放器为:ＣＯＵＮＴ为１６字节传输,源指针为串口接收缓冲器,目的指针为帧接收缓冲区首址且每次传输完成后,目的指针加１.如此,串口每接收到一字节,将触发一次ＰＥＣ服务,由硬件将数据从串口接收缓冲器中取出,顺序放到帧接收缓冲区相应单元中,但当前执行的程序并不被间断;当１６字节完全接收完成后,触发串口接收间断服务程序,开展帧的处理.

与传统的串口接收方式相比较,ＰＥＣ服务方式在开展数据传输时不间断当前程序的执行,因此节省了大量的上下文切换时间,处理机效率得到大大升高.

下面钻探采用８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服务实现ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站协议的方法.

３ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ帧构造

３.１ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ帧构造

ＰＲＯＦＩＢＵＳ帧的格式有多种形式,但对于从站来说,只要处理三种帧即可.

.无数据且长度固定的帧:

.带数据域且长度固定的帧:

.带数据域且长度可变的帧:

其中,各字段说明如下:

ＳＤ１:无数据帧的开始定界符,＃１０Ｈ;

ＳＤ２:可变长度帧的开始定界符,＃６８Ｈ;

ＳＤ３:固定长度帧的开始定界符,＃Ａ２Ｈ;

ＥＤ:结束定界符,＃１６Ｈ;

ＬＥ与ＬＥｒ:ＬＥ与ＬＥｒ一样,都表示长度占一个字节,它是ＤＡ＋ＳＡ＋ＦＣ＋ＤＡＴＡ－ＵＮＩＴ的字节数总数;

ＤＡ与ＳＡ:ＤＡ目的站地址与ＳＡ源站地址各占一个字节;

ＦＣＳ:校验段,占一个字节,它采用不计进位的求和运算得到校验码.校验域为ＤＡ＋ＳＡ＋ＦＣ＋ＤＡＴＡ－ＵＮＩＴ;

ＦＣ:帧控制字字段,占一个字节;

ＳＹＮ:同步字段,至少３３空闲位(逻辑电平１),但仅在请求帧及令牌帧前出现,不允许在字符之间出现.

３.２ＰＲＯＦＩＢＵＳ帧构造的特点

从上面的帧格式可以看出帧的长度不固定.发送时,帧的长度是已知的;但接收时,帧的长度是未知的.因此,要提升接收效率,只能采用分段方式接收,随时解析和保存关键信息,并确定随后接收的字节数.

４ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站协议的ＰＥＣ服务实现

ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站的数据接收及应答过程分三个阶段完成:第一阶段,帧的完整接收;第二阶段,凭证接收到的ＦＣ帧控制字字段,判断主站正在开展怎样的数据请求;第三阶段,从站组织应答帧,启动帧的发送过程.

第二阶段的帧控制字处理请参考ＰＲＯＦＩＢＵＳ标准的有关