專利名稱：Lonworks總線與isa總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LONWORKS總線與計算機ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，屬于PC總線技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)九十年代以來隨著控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、微電子等技術(shù)的飛速發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理的各個層次，覆蓋了從工段，車間，工廠，企業(yè)乃至世界各地的市場。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成自動化領(lǐng)域的開放系統(tǒng)互聯(lián)通訊網(wǎng)絡(luò)，以及全分布式網(wǎng)絡(luò)集成化自控系統(tǒng)和以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)，現(xiàn)場總線就是順應(yīng)這一形勢而發(fā)展起來的新技術(shù)。按照國際電工委員會IEC61158的標(biāo)準(zhǔn)定義“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線?！币话阏J(rèn)為現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是用于工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)的工業(yè)總線?，F(xiàn)場總線也可以看作是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線的本質(zhì)含義表現(xiàn)在以下6個方面(1)現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)。(2)現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)。(3)互可操作性。(4)分散功能塊。(5)通信線供電。(6)開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
目前現(xiàn)場總線的協(xié)議還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此各種現(xiàn)場總線采用的通訊協(xié)議各不相同。各廠家產(chǎn)品協(xié)議的制定都依據(jù)ISO組織的OSI7層通信協(xié)議?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)主要有兩部分組成一.現(xiàn)場設(shè)備——由測量電路部分、控制電路部分、通信電路部分等。二.傳輸介質(zhì)——現(xiàn)場總線系統(tǒng)使用最多的傳輸介質(zhì)是雙絞線，還有應(yīng)用同軸電纜、光纖、動力線、射頻等等?，F(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常靈活總線型，環(huán)型，星型，混合型等等。一般的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)只采用三層物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層，最簡單的只有前兩層，復(fù)雜一點的外加一個應(yīng)用層，例如can總線等。
LONWORKS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在目前比較流行的現(xiàn)場總線中異軍突起。LONWORKS總線是美國Echelon公司1991年推出的一種綜合測控網(wǎng)絡(luò)。它可以解決在控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、構(gòu)成、安裝和維護中出現(xiàn)的大量問題。LONWORKS技術(shù)的特點開放性、LONTALK網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放、對任何用戶平等、符合OSI參考模型完整的7層協(xié)議的LONTALK協(xié)議可實現(xiàn)互操作、支持雙絞線、電力線、紅外線、射頻、同軸電纜、光纖等多種通訊媒介、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法等等。
LONWORKS網(wǎng)絡(luò)主要用于工業(yè)自動化領(lǐng)域及樓宇自動化領(lǐng)域的控制網(wǎng)絡(luò)，具有可靠性高、便于容錯通信、距離長、速率快、多節(jié)點、造價低廉和抗干擾強的優(yōu)點。綜上所述，LONWORKS總線綜合了當(dāng)今現(xiàn)場總線的多種功能，同時具備了局域網(wǎng)的一些特點。LONWORKS技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)是成熟的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，它被廣泛的用于航空航天、農(nóng)業(yè)控制、電子測量設(shè)備、工廠自動化流體測量、家庭自動化、工業(yè)過程控制、樓宇控制等領(lǐng)域。其通用性表明，它不是針對某一個特殊領(lǐng)域的總線，而是具有可將不同領(lǐng)域的控制系統(tǒng)合成一個以LONWORKS為基礎(chǔ)的各種復(fù)雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。LONWORKS總線以其突出的統(tǒng)一性，開放性及互操作性正受到各行各業(yè)的重視。
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信一般都分為上位機和下位機兩個部分，檢測、控制等功能都由下位機來實現(xiàn)完成，管理、監(jiān)控等功能都由上位機來實現(xiàn)完成。底層控制網(wǎng)絡(luò)與上位機之間的數(shù)據(jù)交換速率就成為人們關(guān)注的焦點。然而，在計算機與現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi)，長期以來使用RS232和RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，盡管他們被廣泛的使用，但卻是一種低數(shù)據(jù)速率和點對點的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，無能力支持更高層次的計算機之間的功能操作和更高的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｍ瑫r，在復(fù)雜或大規(guī)模的應(yīng)用(如工業(yè)現(xiàn)場或生產(chǎn)自動化領(lǐng)域)中需采用傳統(tǒng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么安裝成本和介質(zhì)造價都將非常高昂；采用流行的LAN組件及環(huán)型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然可以減少電纜長度，但是增加的LAN介質(zhì)及相關(guān)硬件和軟件又使其系統(tǒng)造價與星型系統(tǒng)相差無幾。

發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明按照LONWORKS技術(shù)相關(guān)協(xié)議、接口規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場總線的技術(shù)要求，設(shè)計出基于LONWORKS技術(shù)和ISA總線技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。其特征在于結(jié)合計算機的ISA總線技術(shù)，并且在軟件和硬件的基礎(chǔ)上使ISA接口完全模擬NEURON芯片的并行雙向IO的MASTER(主機)工作方式，同時讓NEURON芯片工作在SLAVE-B(從-B)方式，使得計算機通過ISA總線與基于NEURON芯片的LONWORKS總線間通信速率可達Mb/s。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸控制采用虛擬令牌的方式，即乒乓式的傳遞虛擬令牌來完成雙方之間數(shù)據(jù)交換。
1.為實現(xiàn)ISA總線與NEURON芯片的并行IO通信，并且保證通信的安全和可靠性。由NEURON芯片的固件執(zhí)行令牌的傳遞協(xié)議來防止總線沖突，在任意時刻僅有一方擁有令牌，令牌是一虛擬寫令牌，擁有寫令牌的一方才擁有寫總線的權(quán)利，可以發(fā)送數(shù)據(jù)和令牌、僅有令牌、同步信息、應(yīng)答同步信息等四種信息。某一方發(fā)送完數(shù)據(jù)信息之后，就交出令牌，無數(shù)據(jù)發(fā)送就傳遞空令牌。令牌就這樣進行周期性的傳遞就實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2.系統(tǒng)上電或復(fù)位后通過硬件電路使雙方同時復(fù)位，復(fù)位后主機持有令牌，雙方必須通過發(fā)送再同步信息和接受應(yīng)答同步信息來達到重新同步，這樣可防止錯誤啟動數(shù)據(jù)傳輸或傳送錯誤數(shù)據(jù)。
3.令牌的使用方法如果主機擁有令牌且有數(shù)據(jù)就將數(shù)據(jù)送出，如果主機無數(shù)據(jù)發(fā)送就放棄令牌，這時從機擁有令牌后，若有數(shù)據(jù)就將數(shù)據(jù)發(fā)出，若無數(shù)據(jù)就將令牌傳給主機，就這樣令牌在主機和從機之間以乒乓方式傳來傳去實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。如圖-3所示。
4.ISA總線與NEURON芯片的接口，NEURON芯片的并行IO端口相當(dāng)于占用計算機的地址空間，偶地址(A0＝0)時計算機讀取數(shù)據(jù)寄存器(NEURON芯片的IO0-IO7)，奇地址(A0＝1)時計算機讀取狀態(tài)寄存器(NEURON芯片的IO0-IO7)。計算機通過軟件來輪詢IO0位(IO1-IO7為無效位)的狀態(tài)來判斷是否可以進行讀或?qū)懖僮鱽硗瓿蓴?shù)據(jù)傳輸。
5.ISA總線的數(shù)據(jù)傳輸速率可達8Mb/s以上，這樣可以通過上位機采用中斷或查詢的方式與多個NEURON芯片進行數(shù)據(jù)通信。即進行多通道監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。每一個通道都通過各自的耦合電路連接到不同的NEURON芯片，不同的NEURON芯片與ISA接口之間共享數(shù)據(jù)總線，ISA接口與其之間的通信可通過控制電路實現(xiàn)片選，用軟件查詢的方式實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)傳輸，或者每NEURON芯片的握手信號可連接ISA總線的不同中斷上，以中斷的方式實現(xiàn)不同通道的數(shù)據(jù)傳輸。如圖-1所示。
6.軟件部分說明系統(tǒng)上電或復(fù)位后，主機先發(fā)送再同步命令，得到應(yīng)答同步信號后，主機擁有些令牌，如果主機有數(shù)據(jù)發(fā)送，先發(fā)送開始字符，再發(fā)送數(shù)據(jù)長度字符，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，最后發(fā)送結(jié)束字符。主機無數(shù)據(jù)發(fā)送時，傳遞空令牌字符，從機收到令牌字符后從機就擁有些令牌，這時如果從機有數(shù)據(jù)發(fā)送，就按照主機發(fā)送數(shù)據(jù)的相同格式進行數(shù)據(jù)發(fā)送，若無數(shù)據(jù)發(fā)送就把令牌傳遞回主機，這樣依次傳送數(shù)據(jù)或令牌完成主從機之間的數(shù)據(jù)交換。如圖-4所示。


圖1系統(tǒng)框圖。
圖2實施例框圖。
圖3令牌傳遞示意圖。
圖4主從機軟件流程圖。
具體實施例方式實施例現(xiàn)在的工業(yè)控制、樓宇控制等領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)與計算機的數(shù)據(jù)交換現(xiàn)在都采用插卡式，便于操作和提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。本系統(tǒng)可做成一塊與ISA總線兼容的98針的ISA板卡，通信處理器可選用美國ECHELON公司的NEURON芯片(TOSHIBATMPN3150B1F)，晶振可采用10MHz的晶振，如要求傳輸?shù)木嚯x較遠的，可采用ECHELON的TPT/XF——1250收發(fā)器，也可以選用直接驅(qū)動電路接口。3150芯片的外擴ROM可選用SST公司的EEPROM型號為79EE010，外擴SRAM可選用CYPRESS公司的CY7C199-25。耦合電路(如果采用TPT/XF——1250)可用變壓器進行耦合，選用低10位ISA的地址線的A0-A9、IOR、IOW、BALE等通過譯碼、控制電路產(chǎn)生所需的片選、讀寫、握手等信號，譯碼、控制電路可選用LATTICE公司的CPLD(ISP 1016E-80)。復(fù)位電路可采用MOTOROLA的低壓復(fù)位芯片MC34064，電源可用ISA總線提供的5V電源。
權(quán)利要求
1.一種基于LONWORKS總線與計算機ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于結(jié)合計算機的ISA總線技術(shù)，并且在軟件和硬件的基礎(chǔ)上使ISA接口完全模擬NEURON芯片的并行雙向IO的MASTER(主機)工作方式，同時讓NEURON芯片工作在SLAVE-B(從-B)方式，使得計算機的ISA總線與基于NEURON芯片的LONWORKS總線間的通信速率可達Mb/s。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用虛擬令牌的方式，即乒乓式的傳遞虛擬令牌來完成雙方之間數(shù)據(jù)交換。
2.如權(quán)利要求1所述的基于LONWORKS總線與計算機ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于由NEURON芯片固件執(zhí)行令牌的傳遞協(xié)議來防止總線沖突，并且保證通信的安全和可靠性。在任意時刻僅有一方擁有令牌，令牌是一虛擬寫令牌，擁有令牌的一方擁有寫總線的權(quán)利，可以發(fā)送數(shù)據(jù)和令牌、空令牌、同步信息、應(yīng)答同步信息。某一方發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，就交出令牌，如無數(shù)據(jù)發(fā)送就傳遞空令牌。令牌就這樣以乒乓方式進行周期性的傳遞來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
3.如權(quán)利要求1所述的基于LONWORKS總線與計算機ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于在ISA總線與NEURON芯片的接口中NEURON芯片的并行IO端口相當(dāng)于占用計算機的地址空間，偶地址(A0＝0)時計算機讀取數(shù)據(jù)寄存器(NEURON芯片的IO0-IO7)，奇地址(A0＝1)時計算機讀取狀態(tài)寄存器(NEURON芯片的IO0-IO7)。計算機通過軟件來輪詢握手信號IO0位(IO1-IO7為無效位)的狀態(tài)來判斷是否可以進行讀或?qū)懖僮鱽硗瓿蓴?shù)據(jù)傳輸。
4.如權(quán)利要求1所述的基于LONWORKS總線與計算機ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于可以通過上位機采用中斷或查詢的方式與多個NEURON芯片進行數(shù)據(jù)通信。即進行多通道監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。
5.一種實現(xiàn)權(quán)利4所述的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于每一個通道都通過各自的耦合電路連接到不同的NEURON芯片，不同的NEURON芯片與ISA接口之間共享數(shù)據(jù)總線，ISA接口與其之間的通信可通過控制電路實現(xiàn)片選，用軟件查詢的方式實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)傳輸，或者每NEURON芯片的握手信號可連接ISA總線不同的中斷上，以中斷的方式實現(xiàn)不同通道的數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計了一種基于LONWORKS總線與計算機的ISA總線之間的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明按照ISA總線技術(shù)和LONWORKS技術(shù)相關(guān)協(xié)議、接口規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場總線的技術(shù)和性能要求，設(shè)計出基于LONWORKS技術(shù)和ISA總線技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個系統(tǒng)在結(jié)合計算機ISA總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，而且使ISA接口在軟件和硬件方面的上完全模擬NEURON芯片的并行雙向IO的MASTER(主機)工作方式，同時讓NEURON芯片工作在其并行IO的SLAVE－B(從－B)方式，再增加一些外圍器件和控制譯碼電路使得計算機的ISA總線與基于NEURON芯片的LONWORKS總線間的通信速率可達到Mb/s。這樣以LONWORKS為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線就可以與控制臺進行高速數(shù)據(jù)傳輸通信。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸控制采用虛擬令牌的方式，即乒乓式的傳遞虛擬令牌來完成雙方之間數(shù)據(jù)交換。
文檔編號G06F13/20GK1567276SQ03134280
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者史忠科, 高曉光 申請人:西北工業(yè)大學(xué)