LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计(doc6)

LON 现场控制网络到以太网互连适配器的设计
摘要：以５１单片机为核心连接ＬＯＮ现场控制网络与以太网互连适配器的设计方案，
描述了神经元芯片使用并行Ｉ／Ｏ模式与５１单片机通信的方法，介绍了５１单片机控
制以太网控制芯片８０１９ａｓ的方法。并采用Ｃ５１语言实现ＵＤＰ传输，完成了系
统的调试与验证。
关键词：Ｌｏｎｗｏｒｋｓ 以太网 ＲＴＬ８０１９ａｓ ８０Ｃ５１单片机
随着互联网的发展，在使用计算机进行互联的同时，各种智能家电、工业控制、智
能仪器仪表、数据采集都在逐步趋向网络化。但由于以太网在实时性和可靠性的先天不
足，各种现场总线技术应运而生；更因为其彻底的开放性、分散性和完全可互操作性等
特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。以太网以其应用的广泛性和技术的先
进性，逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制领域的上层信息管理与通信。为实
现上层管理网络与下层控制网络的集成，在实际中必须实现现场总线与以太网互联。
Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线是美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司１９９１年推出的局部操
作网络。Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线在网络通信方面具有突出优点，如网络物理层支持
多种通信介质，支持多种网络拓扑结构等。目前使用Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技术的产品广泛
应用于工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。本文提出的适配器连接方案，能将ＬＯ
Ｎ控制网与以太网无缝连接，实现透明传输。
图 1 互连适配器的电路框图
１ 互连适配器硬件电路设计
适配器使用的主要芯片为神经元芯片ＴＭＰＮ３１５０、５１单片机８９Ｃ５１Ｒ
Ｄ和以太网控制器ＲＴＬ８０１９ａｓ。主要分为Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块、协议转
换模块和以太网通信模块。其中，协议转换由单片机内部软件完成。
１．１ Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块
Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块主要完成对ＬＯＮ网数据的管理并向单片机传输数据，
其核心是神经元芯片。神经元芯片与其他设备的互连是通过其１１个Ｉ／Ｏ口，编程人
员可以定义多个引脚为输入／输出对象。用户程序可通过ｉｏ＿ｉｎ（）和ｉｏ＿ｏｕ
ｔ（）访问这些Ｉ／Ｏ对象，并在程序执行期间完成输入／输出操作。本文设计的适配
器采用Ｎｅｕｒｏｎ芯片预定义的并行Ｉ／Ｏ对象，实现了高数据速率和全双工工作方
式。
并行Ｉ／Ｏ对象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１个Ｉ／Ｏ口进行通信。其中ＩＯ０～ＩＯ
７为双向数据线，ＩＯ８～ＩＯ１０为控制信号线。借助令牌传递握手协议，并行Ｉ／
Ｏ口可外接处理器，实现Ｎｅｕｒｏｎ芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通信。
并行口的速率可达３．３Ｍｂｐｓ，工作方式有三种，即主模式、从Ａ模式和从Ｂ模式。
不同的模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０这三根控制信号线的意义不同。本文应用从Ａ模式
与单片机连接如表１所示。
表 1 Neuron 芯片与单片机的连接
IO8
片选信号线（CS）接 P2.5
IO9
读写信号线（R/W）接 P3.6
IO10
握手信号线（HS）接 P1.0
IO0～IO7
数据总线接 P0.0～P0.7
从Ａ模式中，Ｎｅｕｒｏｎ芯片为从机，５１单片机为主机。主机与从机间的数据
传输通过虚拟的写令牌传递协议（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｗｒｉｔｅ Ｔｏｋｅｎ－Ｐａｓｓ
ｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）实现。主机和从机交替地获得写令牌，只有拥有写令牌的一
方可以写数据（不超过２５５字节），或者不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据
要遵从一定的格式，即在要传送的数据前面加上命令码和传送的数据长度。命令码有Ｃ
ＭＤ＿ＸＦＥＲ（写数据）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（传递空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ
（要求从机同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（确认同步）四种，最后以ＥＯＭ字节结束。
写数据和传递空令牌的格式分别如表２、表３所示。
表 2 写数据的格式
CMD_XFER
Length
Data
EOM
表 3 传递空令牌的格式
CMD_NULL
EOM