基于SoC的NCSF總線(xiàn)系統的研究與設計術(shù)

LLC子層還需要維護地址映射表進(jìn)行上層邏輯地址到MAC子層實(shí)地址之間的轉換(實(shí)地址可由APDU控制信息唯一確定)，映射表在FPGA上電初始化時(shí)確定。

表1為主要通信服務(wù)命令接口函數的定義，具體參數可根據具體實(shí)現進(jìn)行調整。

表2為主要管理服務(wù)命令接口函數的定義，實(shí)際數量與應用中提供的服務(wù)數量相關(guān)。

(2)MAC子層程序設計

MAC子層主要完成LLC子層通信服務(wù)的具體實(shí)現，以及實(shí)際通信數據幀的封裝。

LLC子層各服務(wù)命令接口以及上層數據的收發(fā)工作最終都要通過(guò)收發(fā)鏈路層數據幀實(shí)現。NCSF總線(xiàn)支持集總幀和非集總幀報文。非集總幀由頭部、指令區、數據區和校驗區組成，通信數據區直接由從站數據信息封裝得來(lái)，組成相對簡(jiǎn)單。集總幀主要包括集總幀頭部和數據部，頭部為數據幀控制信息，數據部為各從站數據的集合舊’。下面是集總幀頭部和從站數據結構定義，具體結構可根據具實(shí)現調整。

MAC子層通過(guò)查詢(xún)對象字典將應用層命令調用和APDU映射為MAC子層服務(wù)，然后接口函數封裝相應從站數據，最終各從站數據被組裝成集總幀發(fā)送。集總幀沿著(zhù)環(huán)路傳輸，當經(jīng)過(guò)一個(gè)從站時(shí)，該從站將對數據幀進(jìn)行掃描，查找、讀取本站數據，然后把發(fā)反饋數據寫(xiě)入集總幀，并繼續轉發(fā)經(jīng)過(guò)處理的集總幀。

為實(shí)現數據幀的收發(fā)和管理控制工作，MAC子層需要維護數據收發(fā)緩沖區，長(cháng)度寄存器，狀態(tài)寄存器，控制狀態(tài)寄存器，中斷清除寄存器和計時(shí)器寄存器。MAC子層收發(fā)程序通過(guò)設置控制寄存器，長(cháng)度寄存器和中斷清除寄存器收發(fā)數據，通過(guò)檢查狀態(tài)寄存器判斷收發(fā)狀態(tài)進(jìn)行差錯控制和安全管理。FPGA上總線(xiàn)系統的數據流向見(jiàn)圖8，涉及操作請參考應用層處理程序設計和數據鏈路層程序設計部分。需要注意的是，MAC子層接收到的反饋信息需要通過(guò)查詢(xún)對象字典和地址映射表以周期/非周期數據的形式傳遞到應用層，然后由應用層迸一步處理轉發(fā)。

圖8 FPGA總線(xiàn)系統數據流同關(guān)系

4 性能分析

基于SoC的NCSF總線(xiàn)系統使用FPGA軟核MicroBlaze為現場(chǎng)總線(xiàn)NCSF協(xié)議棧的實(shí)現提供快速的專(zhuān)用處理器，由于該處理器具有運行速度快、占用資源少、可配置性強等優(yōu)點(diǎn)，且只用于通信控制，可以滿(mǎn)足數控現場(chǎng)總線(xiàn)對實(shí)時(shí)性的要求。本設計采用Xilinx XC3S500E芯片，表3中給出了總線(xiàn)系統綜合時(shí)芯片邏輯資源的使用情況，數據表明系統資源占用率相對較低，可實(shí)現在FPGA上。