一種多協(xié)議的嵌入式總線集成器的設計與研究
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1 系統(tǒng)總體設計與工作流程
1.1 系統(tǒng)的總體設計
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。C8051F120是整個系統(tǒng)的主控制芯片，負責對數(shù)據(jù)的處理和交換，包括通過RTL8019與以態(tài)網(wǎng)的通信，通過UART口與PPI總線通信，通過RS232口與LonWorks總線通信以及和CAN總線控制器SJA1000通信等。CAN模塊和LON模塊分別完成對CAN和LON數(shù)據(jù)的收發(fā)處理。一方面，系統(tǒng)分別作為LonWorks、PPI、CANOpen總線的一個節(jié)點，完成相應通信協(xié)議的通信及數(shù)據(jù)解析;另一方面，系統(tǒng)又要能夠完成各總線之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與共享。同時，為了支持遠程監(jiān)控能力,系統(tǒng)必須提供以太網(wǎng)接口以支持Internet功能。為了在現(xiàn)場提供監(jiān)測環(huán)境，系統(tǒng)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之間的接口是通過并行方式擴展的，為避免RTL8019A在C8051F120上的映射地址空間與 C8051F120內(nèi)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(zhuǎn)換。SN75LBC176是RS485差分總線收發(fā)器芯片。RS232數(shù)據(jù)由TX0通過光隔傳送到SN75LBC176的發(fā)送端 ，同時驅(qū)動發(fā)送控制端，數(shù)據(jù)就由SN75LBC176發(fā)送到RS485總線。當SN75LBC176接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)傳送到RS232的RX0端。這樣就完成RS485到RS232的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)中，為了提供人機交互的功能，設計了T6963C點陣式液晶圖形顯示控制器，在設計時，需要用一根地址線來實現(xiàn)液晶的數(shù)據(jù)通道和指令通道的區(qū)分。T6963C外接114×64的液晶顯示屏，可以提供監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示的實例。
CAN總線模塊由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(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，它向SJA1000的一些緩沖器寫數(shù)據(jù)和命令。數(shù)據(jù)通過SJA1000處理后，合成CAN幀格式，通過6N137至82C250，由82C250的差分端CANH和CANL傳送到物理總線。外部節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過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(shù)據(jù)。
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(shù)據(jù)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)絡的自由拓撲結(jié)構(gòu)，作為LON網(wǎng)的網(wǎng)絡介質(zhì)的接口。MC145407是電平轉(zhuǎn)換芯片，負責MC143150與RS232之間的電平轉(zhuǎn)換。當C8051F120要向MC143150發(fā)送數(shù)據(jù)時，C8051F120把數(shù)據(jù)發(fā)送到串口緩沖區(qū)，通過MC145407將I/O引腳輸入的TTL 電平和輸出的CMOS 電平轉(zhuǎn)換為EIA232C電平。MC143150收到數(shù)據(jù)信息后，將數(shù)據(jù)讀入儲存于MC143150的緩沖區(qū)中，然后由MC143150 打包為LonWorks網(wǎng)絡變量,通過不同節(jié)點、相同類型的網(wǎng)絡變量的互聯(lián), 即可實現(xiàn)LON 節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳送。另外，還外擴SRAM儲存器IS61C256AH-15N和Flash存儲器AT29C512，讓用戶能編制使用較大的程序。
2 軟件設計
2.1 系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)采用分層方式完成各協(xié)議間的通信。系統(tǒng)分為硬件驅(qū)動層、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軟件接口,屏蔽了下層的具體實現(xiàn)細節(jié)。上層軟件只有通過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(tǒng)根據(jù)硬件接口、總線協(xié)議的不同，分為三個大的分層功能模塊，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(qū)、硬件發(fā)送緩沖區(qū)、協(xié)議接收緩沖區(qū)、協(xié)議發(fā)送緩沖區(qū)[4～5]。
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