基于FPGA的PROFIBUS-DP集線(xiàn)器設計

摘要：給出了用PROFIBUS―DP HUB來(lái)改變現場(chǎng)總線(xiàn)拓撲結構的設計方案，并對數據轉發(fā)方法進(jìn)行比較。描述了DP協(xié)議傳輸的格式，重點(diǎn)介紹并分析了兩種幀結束檢測方法及其優(yōu)劣，最后通過(guò)八通道DP HUB的實(shí)例來(lái)說(shuō)明了整個(gè)設計的實(shí)現過(guò)程。
關(guān)鍵字：拓撲結構；幀結構；幀結束判定；波特率檢測

0 引言
PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。PROFIBUS的傳送速度在9．6kbaud～12Mbaud范圍內，而且，當總線(xiàn)系統啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線(xiàn)上的裝置都被設成相同的速度。PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)是其具有穩定的國際標準EN50170作保證，故其穩定、可靠、故障率低，且經(jīng)實(shí)際應用驗證具有普遍性。因此，研究PROFIBUS具有重要的意義。
目前工業(yè)現場(chǎng)應用中的PROFIBUS―DP大部分是線(xiàn)性總線(xiàn)結構，該結構上一個(gè)點(diǎn)出現問(wèn)題將導致整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò )通訊故障，數據無(wú)法傳輸，且難以定位故障點(diǎn)；另外，采用該總線(xiàn)結構，在現場(chǎng)設備分布比較分散時(shí)，會(huì )對布線(xiàn)造成困難，很容易超出DP協(xié)議規定的通信距離。而星型或樹(shù)形拓撲結構則可以有效地解決此類(lèi)問(wèn)題，但DP協(xié)議并不支持這兩種拓撲結構。為此，本文提出利用DPHUB來(lái)改變DP網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，從而解決了DP總線(xiàn)在實(shí)際應用中的缺陷。

1 PROFIBUS―DP協(xié)議
眾所周知，國際ISO標準組織的0SI網(wǎng)絡(luò )通信模型是國際上通用的標準框架，PROFIBUS―DP使用了其中的第1、2層(即物理層、數據鏈路層)和一個(gè)用戶(hù)的應用接口，而對通用模型上的第3～6層沒(méi)有加以定義描述，這種精簡(jiǎn)結構的好處是數據傳輸快速和效率高。用戶(hù)的應用接口又稱(chēng)為直接數據鏈路映像程序，它規定了可調用的應用功能，可使第三方應用程序得到直接調用。圖1所示是PROFIBUS―DP協(xié)議層的定義。

2 PROFIBUS―DP的傳輸
PROFIBUS―DP總線(xiàn)上的一個(gè)主站控制著(zhù)多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站都建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令，從站給出響應；從站可以連
續發(fā)送多個(gè)幀，直到無(wú)信息發(fā)送、達到發(fā)送數量或被主站停止為止。數據鏈路中的幀傳輸過(guò)程分為數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放三個(gè)階段。一般情況下，DP協(xié)議中的FDL層報文幀結構僅有5種類(lèi)型。
其中，SDl是無(wú)數據域，只用作查詢(xún)總線(xiàn)上的激活站點(diǎn)，其格式如下：

SD2是帶有固定8字節數據域，格式如下：