一種多協(xié)議的嵌入式總線(xiàn)集成器的設計與研究
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1 系統總體設計與工作流程
1.1 系統的總體設計
系統結構框圖如圖1所示。C8051F120是整個(gè)系統的主控制芯片，負責對數據的處理和交換，包括通過(guò)RTL8019與以態(tài)網(wǎng)的通信，通過(guò)UART口與PPI總線(xiàn)通信，通過(guò)RS232口與LonWorks總線(xiàn)通信以及和CAN總線(xiàn)控制器SJA1000通信等。CAN模塊和LON模塊分別完成對CAN和LON數據的收發(fā)處理。一方面，系統分別作為L(cháng)onWorks、PPI、CANOpen總線(xiàn)的一個(gè)節點(diǎn)，完成相應通信協(xié)議的通信及數據解析;另一方面，系統又要能夠完成各總線(xiàn)之間的數據轉發(fā)與共享。同時(shí)，為了支持遠程監控能力,系統必須提供以太網(wǎng)接口以支持Internet功能。為了在現場(chǎng)提供監測環(huán)境，系統設計了人機界面[3]。
1.2 各模塊工作流程
主控制芯片C8051F120與RTL8019之間的接口是通過(guò)并行方式擴展的，為避免RTL8019A在C8051F120上的映射地址空間與 C8051F120內部的8KB RAM地址空間 (0X0000～0X3FFF)重迭，擴展的外部設備被放到最高端(0X8000～0XFFFF)，并采用非復用方式連接。模塊中還包括RS232與RS485之間的轉換。SN75LBC176是RS485差分總線(xiàn)收發(fā)器芯片。RS232數據由TX0通過(guò)光隔傳送到SN75LBC176的發(fā)送端 ，同時(shí)驅動(dòng)發(fā)送控制端，數據就由SN75LBC176發(fā)送到RS485總線(xiàn)。當SN75LBC176接收數據時(shí)，數據傳送到RS232的RX0端。這樣就完成RS485到RS232的轉換。在系統中，為了提供人機交互的功能，設計了T6963C點(diǎn)陣式液晶圖形顯示控制器，在設計時(shí)，需要用一根地址線(xiàn)來(lái)實(shí)現液晶的數據通道和指令通道的區分。T6963C外接114×64的液晶顯示屏，可以提供監測數據顯示的實(shí)例。
CAN總線(xiàn)模塊由SJA1000、82C250、6N137等芯片組成。SJA1000是并行接口的CAN控制器。82C250是CAN控制器接口芯片。當C8051F120要向某節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)，它向SJA1000的一些緩沖器寫(xiě)數據和命令。數據通過(guò)SJA1000處理后，合成CAN幀格式，通過(guò)6N137至82C250，由82C250的差分端CANH和CANL傳送到物理總線(xiàn)。外部節點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數據通過(guò)82C250經(jīng)光電隔離器6N137后被SJA1000接收，存放在SJA1000相應的寄存器中。C8051F120就可以讀取這些CAN幀格式數據。
LON模塊由MC143150、FTT-10A、MC145407以及外擴SRAM儲存器IS61C256AH-15N和外擴Flash存儲器AT29C512組成。MC143150是LonWorks控制芯片，含有Lontalk協(xié)議的固態(tài)軟件，主要用于LonWorks數據的處理。FTT-10A 是LonWorks收發(fā)器，它是一種變壓器耦合收發(fā)器，支持網(wǎng)絡(luò )的自由拓撲結構，作為L(cháng)ON網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)的接口。MC145407是電平轉換芯片，負責MC143150與RS232之間的電平轉換。當C8051F120要向MC143150發(fā)送數據時(shí)，C8051F120把數據發(fā)送到串口緩沖區，通過(guò)MC145407將I/O引腳輸入的TTL 電平和輸出的CMOS 電平轉換為EIA232C電平。MC143150收到數據信息后，將數據讀入儲存于MC143150的緩沖區中，然后由MC143150 打包為L(cháng)onWorks網(wǎng)絡(luò )變量,通過(guò)不同節點(diǎn)、相同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )變量的互聯(lián), 即可實(shí)現LON 節點(diǎn)之間的數據傳送。另外，還外擴SRAM儲存器IS61C256AH-15N和Flash存儲器AT29C512，讓用戶(hù)能編制使用較大的程序。
2 軟件設計
2.1 系統的分層結構
整個(gè)系統采用分層方式完成各協(xié)議間的通信。系統分為硬件驅動(dòng)層、協(xié)議層及其應用層,如圖2所示。
由于下層模塊只向上層提供一個(gè)軟件接口,屏蔽了下層的具體實(shí)現細節。上層軟件只有通過(guò)該接口才能與下層軟件發(fā)生聯(lián)系,這樣就保證了各層之間的獨立性。系統根據硬件接口、總線(xiàn)協(xié)議的不同，分為三個(gè)大的分層功能模塊，它們分別是LonWorks模塊、PPI模塊、 CANOPEN模塊。這些模塊又各自提供了硬件接收緩沖區、硬件發(fā)送緩沖區、協(xié)議接收緩沖區、協(xié)議發(fā)送緩沖區[4～5]。
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