神經(jīng)元芯片的并口I/O對象及其應用

關(guān)鍵詞：Lonworks；神經(jīng)元芯片；并行口I/O模式；TMPN3150

１　引言

１９９３年美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司發(fā)明了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)，該技術(shù)提供了一個(gè)開(kāi)放性很強且無(wú)專(zhuān)利權的底層通訊網(wǎng)絡(luò )――局部操作網(wǎng)絡(luò )（ＬＯＮ）。該通信協(xié)議采用Ｌｏｎｔａｌｋ協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)采用神經(jīng)元芯片。神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ 芯片）是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)的核心，它含有Ｌｏｎｔａｌｋ 協(xié)議的固態(tài)軟件（簡(jiǎn)稱(chēng)為固件），因而能進(jìn)行可靠地通訊。為了實(shí)現Ｎｅｕｒｏｎ芯片與Ｉ／Ｏ設備之間的通信，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１個(gè)引腳可定義為３４種Ｉ／Ｏ對象，其中包括并行Ｉ／Ｏ對象、串行Ｉ／Ｏ對象、直接Ｉ／Ｏ對象、定時(shí)／計數器輸入對象等。用戶(hù)可根據實(shí)際應用的需要在應用程序中定義不同的Ｉ／Ｏ對象，然后調用ｉｏ ｉｎ??或ｉｏ ｏｕｔ??等函數來(lái)實(shí)現對Ｉ／Ｏ對象的數據讀寫(xiě)操作，即實(shí)現Ｎｅｕｒｏｎ 芯片與Ｉ／Ｏ設備之間的通信。文中介紹了神經(jīng)元芯片的一種Ｉ／Ｏ應用模式，即并行Ｉ／Ｏ模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉ／Ｏ Ｍｏｄｅ）。該神經(jīng)元芯片采用日本東芝公司的ＴＭＰＮ３１５０芯片。

ＲＳ－２３２標準是一種常見(jiàn)的電氣和通訊接口標準，而Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)在網(wǎng)絡(luò )通訊方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò )物理層支持多種通信介質(zhì)，支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構等），它以其突出的統一性、開(kāi)放性及互操作性受到各行各業(yè)的重視，并且作為現場(chǎng)總線(xiàn)中的佼佼者在國內各個(gè)領(lǐng)域的測控系統中廣泛流行。因此，將現場(chǎng)設備的ＲＳ－２３２信號轉換為包含ＬｏｎＴａｌｋ協(xié)議的信息來(lái)實(shí)現與其它ＬＯＮ節點(diǎn)以及ＬＯＮ網(wǎng)絡(luò )管理設備之間的通訊，具有拓寬ＬＯＮ應用范圍的意義。筆者基于神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應用模式設計了一個(gè)適配器，從而實(shí)現了ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò )與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)的集成。

圖1 基于TMPN3150的RS-232網(wǎng)絡(luò )與Lonworks現場(chǎng)總線(xiàn)的適配器硬件框圖

２　神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應用模式

通過(guò)定義并行Ｉ／Ｏ對象，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以實(shí)現與外接各類(lèi)微處理器之間的雙向數據通信，并行口的速率可達３．３Ｍｂｐｓ。并行Ｉ／Ｏ對象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１個(gè)Ｉ／Ｏ口進(jìn)行通信，其中ＩＯ０～ＩＯ７為８根數據線(xiàn)，ＩＯ８～ＩＯ１０為控制信號線(xiàn)。并行口的工作方式有３種，即ｍａｓｔｅｒ、ｓｌａｖｅ－Ａ和ｓｌａｖｅ－Ｂ。在不同模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０這３根控制信號線(xiàn)的意義不同。筆者應用的是ｓｌａｖｅ－Ａ模式，即從Ａ模式。

在從Ａ模式中，ＩＯ８為片選信號線(xiàn)（ＣＳ），ＩＯ９為讀寫(xiě)信號線(xiàn)（Ｒ／ Ｗ），ＩＯ１０為握手信號線(xiàn)（ＨＳ）。在此模式中，應將Ｎｅｕｒｏｎ芯片作為從機（ｓｌａｖｅ），微處理器作為主機（ｍａｓｔｅｒ），主機和從機之間的數據傳輸可通過(guò)虛擬的寫(xiě)令牌傳遞協(xié)議（ｖｉｒｔｕａｌ ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ－ｐａｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）來(lái)實(shí)現。主機和從機交替地獲得寫(xiě)令牌（ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ），擁有寫(xiě)令牌的一方既可以寫(xiě)數據（不超過(guò)２５５個(gè)字節），也可以不寫(xiě)任何數據而傳送一個(gè)空令牌。傳送的數據要遵從一定的格式，即在要傳送的數據前面加上命令碼和所傳數據的長(cháng)度，命令碼有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（寫(xiě)數據）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（傳遞空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求從機同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（確認同步）等四種，最后以ＥＯＭ字節結束。其中寫(xiě)數據和傳遞空令牌的格式分別為：

在通信以前，主機和從機之間應先建立握手信號，即ＨＳ信號有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自動(dòng)實(shí)現），然后，主機再送一個(gè)ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令要求從機同步。當從機接收到這個(gè)信號后，則發(fā)送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ以表示同步完成，可以通信了。此后，寫(xiě)令牌就在主機和從機之間無(wú)限的交替傳遞，擁有寫(xiě)令牌的一方可以向數據總線(xiàn)上寫(xiě)數據，即主機可以往從機寫(xiě)數據，從機也可以將數據傳往主機。

３　實(shí)例應用

基于上述神經(jīng)元芯片ＴＭＰＮ３１５０的并行Ｉ／Ｏ應用模式來(lái)實(shí)現ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò )與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)的集成適配器主要由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和ＭＣＳ５１系列的Ｐ８９Ｃ５１單片機兩大部分組成。其中Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊用于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )通信管理，Ｐ８９Ｃ５１和ＭＡＸ２３２芯片則用來(lái)實(shí)現ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò )的鏈路和協(xié)議。其硬件框圖如圖１所示。

適配器的軟件編寫(xiě)應包括兩個(gè)部分。一部分為對主機程序的編寫(xiě)，可用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)。因為從機（ＴＭＰＮ３１５０芯片）的并行模式是在芯片內部定義的，它遵從虛擬的寫(xiě)令牌傳遞協(xié)議，所以需要編寫(xiě)Ｐ８９Ｃ５１程序來(lái)模擬ＴＭＰＮ３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的從Ａ模式，該程序主要完成與ＴＭＰＮ３１５０的同步、握手、令牌的傳送以及并行口數據的讀寫(xiě)等四項工作。另一部分是編寫(xiě)從機程序，該程序應使用神經(jīng)元芯片的編程語(yǔ)言――Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。當從機將并口得到的報文進(jìn)行解析后，本系統將利用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的消息傳送機制將解析的消息傳送給適配器下層的應用節點(diǎn)，同時(shí)將適配器下層的應用節點(diǎn)以消息形式傳送上來(lái)的數據或信息所構成的Ｐ８９Ｃ５１能識別的報文通過(guò)并口傳送給Ｐ８９Ｃ５１。

４　結論

利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的并行Ｉ／Ｏ模式實(shí)現Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和微處理器之間的數據交換是構造Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)與ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò )適配器的關(guān)鍵，這種簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)用的接口方法可以推廣到Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ控制模塊與其它計算機的并行數據通信中，特別是對已有的測控裝置改造為Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)總線(xiàn)節點(diǎn)、或者測控功能比較復雜而僅僅需要Ｎｅｕｒｏｎ作為通訊處理器的場(chǎng)合，同時(shí)，也可用于需用高檔ＣＰＵ來(lái)進(jìn)行數據處理的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現場(chǎng)節點(diǎn)的應用方面。