CN101047592A - 欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置。其内部连接关系为：处理器分别与存储器、网络模块、串行PEI16协议转换模块相接，串行PEI16协议转换模块与总线耦合模块相接。本发明采用了S3C2410X作为网关的核心模块，控制、协调嵌入式欧洲安装总线楼宇网关的运行；欧洲安装总线网关通过CS8900A芯片与Internet连接，通过串口与欧洲安装总线双绞线通讯模块的通讯与欧洲安装总线连接。欧洲安装总线协议转换模块采用ZC441016CFN。将2.6.14内核的嵌入式操作系统EIB－smdk2410－Linux移植到楼宇网关硬件平台，作为嵌入式楼宇网关的软件平台；在EIB－smdk2410－Linux软件平台上运行楼宇网关应用软件，提高了软件的设计效率。

Description

欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置

技术领域

本发明涉及一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置。

背景技术

网关是一个特殊的设备，在楼宇自控系统中，它既不属于传感器也不属于执行器，而是一个协议转换单元。对欧洲安装总线网络而言，它是一个连接Internet的关键设备，外扩显示、操作等单元，亦能作为欧洲安装总线网络的监控装置，例如ABB公司的IG/S 1.1网关实现了欧洲安装总线和LAN连接，IN/S1.1和IN/S1.2则实现了欧洲安装总线和Internet的连接。欧洲安装总线的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)携带了能够被总线设备接收到的控制和执行器发送出的反馈信息。基于欧洲安装总线协议的嵌入式网关的研究和开发能够为总线设备的远程监控提供了良好的平台。

1999年，欧洲安装总线进入中国。厦门国际会展中心2000年8月开始运行，是欧洲安装总线在中国的第一次成功应用。此外国家奥林匹克水上中心、大连国贸中心、北京朝阳区体育馆、上海新国际博览中心、浙江人民大会堂、杭州黄龙体育中心、上海春天花园别墅等都是欧洲安装总线的成功应用案例。

欧洲安装总线在国内虽然不乏成功应用的案例，但稍作分析，便可看出这些建筑都是国家工程，需巨额投资，由于其昂贵的费用，以至于普通用户无法承受其高额的价格。西门子和ABB都有相应的网关，但价格昂贵，不提供中文操作界面，而且用户界面的设计风格还不符合中国人习惯，造成了操作歧义和不便。2006年11月24日，以欧洲安装总线协议为基础制定中国楼宇家庭自动标准(HBES)通过国家标准化委员会审查，已成为我国楼宇家庭自动化行业的正式推荐标准，欧洲安装总线在我国的广泛应用为期不远，因此开发符合欧洲安装总线协议规范，拥有自主知识产权的系列产品已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置。

欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置的内部连接关系为：处理器分别与存储器、网络模块、串行PEI16协议转换模块相接，串行PEI16协议转换模块与总线耦合模块相接。所述的处理器以ARM920T内核的S3C2410X芯片，网络模块采用CS8900A芯片，存储器采用K9F1208UOM芯片。

所述的总线耦合模块内部连接关系为：串行/欧洲安装总线协议转换模块分别与电源模块、时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、欧洲安装总线双绞线转换模块相连；欧洲安装总线双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连。所述的串行/欧洲安装总线协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，欧洲安装总线双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用74HC164芯片。

所述的串行PEI16协议转换模块内部连接关系为：MAX3232电平转换模块分别与升压模块、TTL电平串行信号源、串行通讯接口相连；与MAX3232电平转换模块和调试接口相连；调试接口与串行通讯接口、TTL电平串行信号源相连；所述的电平转换模块采用MAX3232芯片。

本发明采用了ARM芯片S3C2410作为网关的核心模块，控制、协调嵌入式欧洲安装总线网关的运行；欧洲安装总线网关通过CS8900A芯片与Internet连接，通过串口与欧洲安装总线双绞线通讯模块的通讯与欧洲安装总线连接。欧洲安装总线双绞线通讯模块采用了欧洲安装总线协议芯片ZC441016CFN。Linux发展至今，内核版本已升级到了2.6系列。相比2.4系列版本，2.6系列版本的代码结构更加清晰，资源的定义进行了分类，可读性很好，条理清楚，修改起来容易；支持标准的高级电源管理；更省电，同样的嵌入式硬件平台上，2.6系列内核软件平台比2.4系列内核软件平台的电流降低近50mA。将2.6.14内核的嵌入式操作系统EIB-smdk2410-Linux移植到楼宇网关硬件平台，作为嵌入式楼宇网关的软件平台；在EIB-smdk2410-Linux软件平台上运行楼宇网关应用软件，提高了软件的设计效率。楼宇网关的应用软件主要包括：主控模块、CGI语义解析模块、协议转换模块、欧洲安装总线串口驱动模块、Internet网络传输模块五部分。

附图说明

图1是欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置电路框图；

图2是本发明的总线耦合模块电路框图；

图3是本发明的串行PEI16协议转换模块电路框图；

图4是串行PEI16协议转换模块的串行通讯接口定义图

图5是EIB-smdk2410-Linux下串口驱动收发状态机图

图6是欧洲安装总线网关的软件流程图

具体实施方式：

如图1所示，欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置的内部连接关系为：处理器分别与存储器、网络模块、串行PEI16协议转换模块相接，串行PEI16协议转换模块与总线耦合模块相接。所述的处理器以ARM920T内核的S3C2410X芯片，网络模块采用CS8900A芯片，存储器采用K9F1208UOM芯片。

欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，是嵌入式Internet技术应用于智能楼宇网络的产物，它是一种连接于智能楼宇网络和Internet之间的嵌入式设备，使得智能楼宇网络能够实现低成本的Internet接入。该设计方案的目的是人们可以方便地在Internet上对符合欧洲安装总线协议的智能楼宇设备进行远程监控和管理，同时也使得远程设备维护和集成设备管理成为可能，还可以使设备主动地通过Internet获取信息或发送信息。

网络控制模块：由于S3C2410X本身并不具备网络功能，因此使用总线扩展了一个10M的以太网接口，采用Cirrus Logic公司推出的专门针对嵌入式系统设计的网络控制芯片CS8900A，并通过嵌入式欧洲安装总线网关与Internet互联。

存储器模块：为保证足够的存储空间并考虑成本，设计时选用一片64MB的Nand FLASH K9F1208UOM作为唯一的系统程序存储器(Nand FLASH的价格比Nor FLASH低，且S3C2410支持Nand FLASH直接启动系统)。如果使用可读写的文件系统，用户也可以随时把数据存在Nand FLASH中，并且掉电不会丢失。

按键模块为8个电子按键开关。

如图2所示，所述的总线耦合模块内部连接关系为：串行/欧洲安装总线协议转换模块分别与电源模块、时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、欧洲安装总线双绞线转换模块相连；欧洲安装总线双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连。所述的串行/欧洲安装总线协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，欧洲安装总线双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用74HC164芯片。

串行信号通过串行通讯接口分别直接以及通过串行同步接口模块74HC164输入串行/欧洲安装总线协议转换模块，该模块输出信号先后经过欧洲安装总线双绞线转换模块和双绞线电压转换模块将总线信号输出至总线网络。

如图3所示，所述的串行PEI16协议转换模块内部连接关系为：MAX3232电平转换模块分别与升压模块、TTL电平串行信号源、串行通讯接口相连；与MAX3232电平转换模块和调试接口相连；调试接口与串行通讯接口、TTL电平串行信号源相连；所述的电平转换模块采用MAX3232芯片。

TTL电平串行信号源中的串行信号输入到MAX3232电平转换模块，转换后的电平信号经串行通讯接口输出，调试接口分别可以观察TTL电平串行信号源和串行通讯接口两端的信号

图4是串行PEI16协议转换模块的串行通讯接口定义图。公头DB9接口的2号脚接RXD信号；3号脚接TXD信号；5号脚接地；7号脚接RTS信号；8号脚接CTS信号；其他的1、4、6、9号脚悬空。

如图5所示，是串口驱动收发状态机图。总线应用单元BAU是定制了应用程序的总线耦合模块BCU。状态机可以划分为空闲状态、发送状态和接收状态。每条数据的传输都起源于空闲状态。

空闲状态(EIB_STATE_IDLE)：

无论何时开始传输消息，空闲状态都是第一个经过的状态。如果BAU想发送消息，它会置位串口CTS引脚来产生一个MODEM状态中断MSI。如果欧洲安装总线网关发送消息，则会置位串口RTS引脚。BAU通过置位CTS来响应，也会产生一个MSI。两种情况下MSI会产生一个待执行的中断服务程序。如果在空闲状态发生了数据中断，会产生一个重置。

此状态对应的操作取决于哪一方是发送方。如果欧洲安装总线网关是接收方，并且接收缓冲区有多余空间，那么RTS会被置位(“eib_setRTS()”)并发送(“outb()”)0xff到BAU。如果没有多余空间，RTS不会置位，CTS的变化也会被忽略。如果欧洲安装总线网关是发送方，包含了消息长度的字节length会发送给BAU，并且接下来一条待发送消息的字节数，也就是“写位置”，会置零。

在两种情况下，最大消息时间定时器(130ms)启动。然后“读位置”也会置零，因为可能发生BAU在欧洲安装总线网关要发送消息时强迫欧洲安装总线网关读它的消息的情况。

发送：等待数据(EIB_STATE_SEND_WAIT_DATE)：

在这个状态中欧洲安装总线网关等待BAU的确认字节。如果是发送的第一字节，则返回0xff，如果是数据字节，则返回0x00。带有接收数据有效中断的字节是有效的。如果其它的中断产生，欧洲安装总线网关就会产生重置信号。

BAU的字节使用“inb()”函数读取并检查MSR的“帧错误位”、“越限错误位”。如果发生错误，就产生重置。

如果BAU发送的第一个字节不是0xff，那就表明BAU也想发送消息。这种情况下，欧洲安装总线网关由发送自己的消息转变为接收BAU的消息。然后欧洲安装总线网关检查接收缓冲区是否有多余空间、奇偶校验位，并在接收缓冲区中存储消息的长度。然后再继续接下来的“接收：握手”状态。

如果发送方是欧洲安装总线网关，它会为tasklet制定计划，在tasklet中驱动等待前一个状态的字节通过“outb()”成功的发送，并清零RTS信号。

如果在这个状态中产生了意外的MSI，就会产生一个重置信号。

发送：tasklet(EIB_STATE_SEND_TASKLET)：

驱动如果处于这个状态，将不会有中断产生。欧洲安装总线网关应该在tasklet中清零RTS信号。如果有中断产生，就产生重置信号。所以这个状态中唯一需要做的事情就是初始化重置。如果一切顺利，这个状态是不会执行的。如果整条消息顺利接收，状态在tasklet中可能转移为“EIB_STATE_SEND_HANDSHAKE”或者“EIB_STATE_SEND_FINISH”。

发送：握手(EIB STATE_SEND_HANDSHAKE)

发送消息时，欧洲安装总线网关在字节传输完成后置零RTS。此后BAU清零CTS。在此状态下驱动等待BAU清零CTS的MSI，并立即再次置位CTS。

如果在此状态下产生了意外的数据中断，那一定是某部分出了问题。会产生重置信号，并转入下一个状态“EIB_STATE_SEND_NEXT_BYTE”。

发送：下一字节(EIB_STATE_SEND_NEXT_BYTE)

在此状态下，驱动等待BAU置位CTS的MSI。当BAU置位了CTS，欧洲安装总线网关和BAU都准备好了发送下一字节。欧洲安装总线网关用“outb()”发送消息的下一字节。如果在此状态下产生了意外的数据中断，会初始化重置信号，并转入下一个状态“EIB_STATE_SEND_WAIT_DATA”。

发送：完成(EIB_STATE_FINISH)：

如果最后一个字节发送完成，并且RTS和CTS也清零，那么消息的传输就完成了。在此状态下，驱动等待BAU清零CTS。此后将删除130ms消息定时器，并启动3ms定时器。如果在此状态下产生了意外的数据中断，会初始化重置信号，并转入下一个状态“EIB_STATE_IDLE”。

接收：等待数据(EIB_STATE_RECV_WAIT_DATA)：

此状态类似于EIB_STATE_SEND_WAIT_DATA。在此状态下，驱动等待BAU的“接收数据有效中断”应答字节。此后驱动首先查询MSR的越界位和帧错误位。如果有错误，欧洲安装总线网关会产生重置。

如果接收到的字节是长度字节length，那么将检查奇偶校验位，并屏蔽长度字节(最后5位)。然后长度将保存在接收缓冲区中，如果接收的字节是数据字节，那么这个字节会直接存储在接收缓冲区中。

如果在这个状态中产生了意外的MSI，就会产生一个重置信号。

如果接收的字节是消息的最后一个字节，那么下一状态是“EIB_STATE_IDLE”，否则是“EIB_STATE_RECV_HANDSHAKE”。

·接收：握手(EIB_STATE_RECV_HANDSHAKE)：

在BAU的字节被接收之后，在此状态中驱动等待CTS清零。BAU通过清零CTS表明它受到了欧洲安装总线网关发送的字节。如果接收的字节不是消息的最后一个字节，驱动只是递增“读计数器”，并转入状态“EIB_STATE_RECV_NEXT”；反之，驱动通知“eib_read()”这里有有效数据(“wake_up_interruptible()”)。然后130ms定时器停止，3ms定时器启动。两种情况下，RTS都会清零。

如果在这个状态中产生了意外的数据中断，就会产生一个重置信号。

·接收：下一字节(EIB_STATE_RECV_NEXT)：

此状态中驱动等待CTS被置位，之后置位RTS并发送下一个应答字节。如果在这个状态中产生了意外的数据中断，就会产生一个重置信号。下一个状态是“EIB_STATE_RECV_WAIT_DATA”。

·重置状态

如果状态变量设为EIB_STATE_RESET，那么中断服务函数将不执行任何操作并返回。当重置定时器(10ms)运行的时候，驱动处于此状态。

如图6所示，是欧洲安装总线网关的软件流程图，由主控模块、Internet网络传输模块、CGI语义解析模块、协议转换模块、欧洲安装总线串口驱动模块五部分组成。服务器上的网页资源首先被远程访问者下载到浏览器；提交的表单数据通过通用网关接口CGI传递给CGI语义解析模块；解析出的若干组数据进入主控模块进行处理；数据将与欧洲安装总线设备属性一一对应，并通过协议转换模块转换为EMI1原语；原语通过串口驱动模块按照PEI16协议发送到欧洲安装总线网络，实现远程用户对本地欧洲安装总线设备的控制。如果要监视欧洲安装总线网络，则信息按相反方向传递给远程用户。

本发明基于2.6.14内核的EIB-smdk2410-Linux嵌入式操作系统上进行开发。软件采用模块化设计方法，主要包括以下模块：主控模块、CGI语义解析模块、协议转换模块、欧洲安装总线串口驱动模块、Internet网络传输模块。

主控模块：网关的软件设计不同于其他欧洲安装总线设备的应用程序设计，其重点是处理器的程序设计。由于总线耦合模块BCU的核心ZC441016CFN芯片内置的系统程序已经实现了网络协议解析的功能，并且在用户层上，通过串行通信接口直接提供服务，因此不需要再对ZC441016CFN芯片进行编程。欧洲安装总线的监控组态类软件就是利用DB9串行接口直接与ZC441016CFN芯片通信而实现总线监控功能的。处理器的软件的主要功能是进行协议转换，在Internet和欧洲安装总线之间建立一个沟通的桥梁。

CGI解析模块：远程用户的控制也可以看作是欧洲安装总线的一个传感器设备。与浏览器端内嵌的JavaScript处理用户输入不同，CGI程序能在服务器端解析用户访问网页所提交表单的POST或Get类型信息，并访问系统资源，包括后台数据库和硬件驱动等等。并将处理的结果通过HTML代码打印输出到浏览器上。

协议转换模块：将从CGI解析模块得到的命令和数据组装成符合外部消息接口EMI格式的数组，或将从驱动接收到的EMI格式消息分解为符合CGI格式的数据。

欧洲安装总线串口驱动模块：驱动由“eib_open”、“eib_write”、“eib_read”、“eib_poll”、“eib_fsync”、“eib_flush”、“eib_ioctl”、“eib_release”等方法构成。“eib_write”、“eib_read”函数与应用程序函数通讯，传输欧洲安装总线协议报文，完成符合PEI16和EMI1规范的数据交换。

网络传输模块：网络传输模块将网络控制芯片CS8900A搭载于基于S3C2410X的系统之上，可提供非常优秀的网络互联功能。在其协助下可创建一个HTTP服务器，并支持CGI和Java Applet。使得用户可以通过Web方式来提交事务，配置相应参数，实现智能楼宇网络的可视化访问与操作。用户对智能楼宇网络设备的远程访问与监控将会像浏览网页一般轻松，大大简化了操作，方便了使用。

Claims (6)

1.一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于处理器分别与存储器、网络模块、串行PEI16协议转换模块相接，串行PEI16协议转换模块与总线耦合模块相接。

2.根据权利要求1所述的一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于所述的总线耦合模块内部连接关系为：串行/欧洲安装总线协议转换模块分别与电源模块、时钟发生器、串行同步接口模块、串行通讯接口、监视/控制切换模块、欧洲安装总线双绞线转换模块相连；欧洲安装总线双绞线转换模块与双绞线电压转换模块相连。

3.根据权利要求1所述的一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于所述的串行PEI16协议转换模块内部连接关系为：电平转换模块分别与升压模块、TTL电平串行信号源、串行通讯接口相连；与电平转换模块和调试接口相连；调试接口与串行通讯接口、TTL电平串行信号源相连。

4.根据权利要求1所述的一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于所述的处理器以ARM920T内核的S3C2410X芯片，网络模块采用CS8900A芯片，存储器采用K9F1208UOM芯片。

5.根据权利要求2所述的一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于所述的串行/欧洲安装总线协议转换模块采用ZC441016CFN芯片，欧洲安装总线双绞线转换模块采用FZE1065E芯片，串行同步接口模块采用74HC164芯片。

6.根据权利要求3所述的一种欧洲安装总线系统的嵌入式因特网接入装置，其特征在于，其特征在于所述的电平转换模块采用MAX3232芯片。

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