(海思自動(dòng)化技術(shù)部LonWorks國(guó)產(chǎn)化粉絲提供)
核心提示：Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與MIP模式介紹。
關(guān)鍵詞：LonWorks，節(jié)點(diǎn)，并行通信，單片機(jī)，神經(jīng)元芯片
一、概述
LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線以其全數(shù)字化、全分布式、全開(kāi)放性、互操作性以及開(kāi)放式的互連網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)為傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)帶來(lái)了革命性的變革，已成為未來(lái)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是唯一遵循了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI全部7層模型的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，因其能充分滿足未來(lái)發(fā)展對(duì)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其高性能低成本的網(wǎng)絡(luò)接口產(chǎn)品 、含3個(gè)CPU的超大規(guī)模Neuron芯片、固化的LonTalk通信協(xié)議以及方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試服務(wù)工具 。實(shí)現(xiàn)LonWorks技術(shù)的關(guān)鍵是LonWorks智能設(shè)備，即控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
二、LonWorks技術(shù)與智能節(jié)點(diǎn)
1、LON神經(jīng)元芯片
LonWorks神經(jīng)元芯片有3個(gè)CPU，每個(gè)CPU各自分工不同。
CPU－1是媒介訪問(wèn)控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一和第二層，包括驅(qū)動(dòng)通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行MAC算法。
CPU-2是網(wǎng)絡(luò)處理器，它實(shí)現(xiàn)LonLalk協(xié)議的第三到第六層，包括處理網(wǎng)絡(luò)變量、尋址、事件處理、軟件計(jì)時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)管理和路由等，同時(shí)還控制網(wǎng)絡(luò)通信端口，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。
CPU－3是應(yīng)用處理器，它執(zhí)行用戶的代碼以及用戶代碼調(diào)用的操作系統(tǒng)命令。
CPU－1和CPU－2用共享存儲(chǔ)區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩存區(qū)進(jìn)行通信。CPU－2和CPU－3用共享存儲(chǔ)區(qū)中的應(yīng)用緩存區(qū)進(jìn)行通信。在多數(shù)應(yīng)用中，編程采用Neuron C語(yǔ)言。
2、LonWorks節(jié)點(diǎn)與MIP模式引入
LonWorks節(jié)點(diǎn)是指在物理上與之相連的現(xiàn)場(chǎng)I／O設(shè)備交互作用并在控制網(wǎng)絡(luò)中使用LonTalk協(xié)議與其他節(jié)點(diǎn)互相通信的一類對(duì)象。
LonWorks節(jié)點(diǎn)有兩種類型：其一，Neuron芯片作為唯一的處理器，此類LonWorks節(jié)點(diǎn)適合于I／O設(shè)備簡(jiǎn)單 、處理任務(wù)不復(fù)雜的系統(tǒng)，稱為基于Neuron芯片的節(jié)點(diǎn)；其二，Neuron芯片只作為通信處理器，充當(dāng)LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口，應(yīng)用程序由主處理器來(lái)執(zhí)行，此類MIP（Microprocessor Interface Program MIP — 微處理器接口程序）結(jié)構(gòu)的LON節(jié)點(diǎn)適合于對(duì)I／O設(shè)備及處理任務(wù)要求較高的系統(tǒng)，稱為基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)，主處理器可以是任何微控制器或PC等。
3、MIP模式智能節(jié)點(diǎn)硬件簡(jiǎn)介
Neuron芯片提供有11個(gè)可編程的I／O引腳（IO－0至IO－10），它們可以配置為多達(dá)34種不同的應(yīng)用對(duì)象，從而借助于最小的外接電路實(shí)現(xiàn)靈活的輸入輸出功能。Neuron芯片的并行I／O對(duì)象需要使用全部11個(gè)引腳 ，其中IO－0～I(xiàn)O－7用于雙向數(shù)據(jù)線，IO－8～I(xiàn)O－10用于控制信號(hào)線，它有3種工作方式 ：即主方式（Master）、從A方式（Slave A）和從B方式（SlaveB）。對(duì)于要求建立Neuron芯片與微處理器或微控制器之間的連接，即建立基于主機(jī)的LonWorks節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，Neuron芯片的并行接口工作在從B方式是最佳的選擇。工作在從B方式的Neuron芯片，在主機(jī)的地址空間，就像是兩個(gè)寄存器，一個(gè)是讀寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器（偶地址），另一個(gè)是只讀狀態(tài)寄存器（奇地址）。主機(jī)正是通過(guò)對(duì)這兩個(gè)寄存器的訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與Neuron芯片之間的數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)摹Ｔ趶腂方式下，IO－0除作為數(shù)據(jù)低位外，還兼作握手HS位，用于主機(jī)與Neuron芯片的握手應(yīng)答；IO－8則作為片選信號(hào)位；IO－9作為讀寫(xiě)信號(hào)線；IO－10作為寄存器尋址輸入位。
4、MIP模式LON節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)路線
LonWorks神經(jīng)元芯片與單片機(jī)的并行通信節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，這是因?yàn)?/SPAN>主處理器內(nèi)不含LonTalk通信協(xié)議固件，因此要實(shí)現(xiàn)與Neuron芯片的并行數(shù)據(jù)傳輸，主處理器這一方必須復(fù)制Neuron芯片的行為，即能執(zhí)行Neuron芯片的握手／令牌傳遞算法。
上述每一命令的第一字節(jié)代表的是該命令類型，其中，CMD－XFER＝0x01，CMD－NULL＝0x00，CMD－RESYNC＝0x5A，CMD－ACKSYNC＝0x07，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，不包括EOM，EOM是命令結(jié)束字節(jié)，可以為任意字節(jié)，它只被發(fā)送，接收方不讀該字節(jié)，主要是通過(guò)寫(xiě)該字節(jié)保持HS位為讀方可寫(xiě)的狀態(tài)以便傳遞令牌。
為實(shí)現(xiàn)與并行I／O設(shè)備的通信并保證安全可靠，Neuron芯片由固件自動(dòng)執(zhí)行令牌傳遞協(xié)議，以防止總線沖突。在任何給定的時(shí)間內(nèi)，僅有一個(gè)設(shè)備擁有令牌。該令牌是一虛擬令牌，它決定著哪一設(shè)備擁有寫(xiě)總線權(quán)。若主機(jī)擁有令牌，它將有權(quán)將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送給或?qū)⒘钆平唤oNeuron芯片，若Neuron芯片擁有令牌，它可將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)或交出令牌。因而令牌在主機(jī)與Neuron芯片之間以乒乓方式來(lái)回傳遞。
當(dāng)Neuron芯片復(fù)位后，主處理器將自動(dòng)獲得令牌并負(fù)責(zé)令牌的傳遞。Neuron芯片在任何復(fù)位的情況下都通過(guò)并行總線要求同步，其目的是為了防止Neuron芯片作出錯(cuò)誤的假定，比如錯(cuò)誤的傳送開(kāi)始或錯(cuò)誤的傳送數(shù)據(jù)，這將由Neuron芯片通過(guò)同步作用自動(dòng)結(jié)束。持有令牌的主處理器在任何時(shí)候應(yīng)用RESYNC命令可以初始化重新同步操作 。無(wú)論Neuron芯片和主處理器哪一方設(shè)備復(fù)位，都要求雙方必須重新同步，因此雙方都應(yīng)能意識(shí)到對(duì)方的復(fù)位，主處理器要監(jiān)視Neu－ron芯片的復(fù)位，且主處理器的復(fù)位要觸發(fā)Neuron芯片的復(fù)位。
HS位（即IO－0）是主要的握手控制信號(hào)，用于控制實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸。在Neuron芯片并行I／O對(duì)象從B方式下，HS由Neuron芯片驅(qū)動(dòng)，它通知主處理器目前Neuron芯片是忙還是閑，當(dāng)Neuron芯片執(zhí)行一次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)操作后，HS狀態(tài)位被置“0”，當(dāng)主處理器執(zhí)行一次讀寫(xiě)操作后，HS狀態(tài)位被置“1”，由于這是由硬件而非由固件控制的，因此，主處理器必須在程序中輪詢?cè)摖顟B(tài)位，從而正確地啟動(dòng)自身的讀寫(xiě)操作。
