CN111130895B - 一种基于dsp的ren协议主站实现方法 - Google Patents

一种基于dsp的ren协议主站实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于DSP的REN协议主站实现方法，对DSP芯片的硬件平台进行开发设计Ren协议主站；将Ren协议主站分为硬件驱动层、Ren函数处理层、Ren应用接口层，来划分各部分具体工作协同关系。所述硬件驱动层实现计时器管理模块、数据接口模块的功能，所述Ren函数处理层实现Ren协议主站所有主要功能。该发明的有益效果是：实现了Ren协议中网络管理的主站全部功能、REN协议中的四种通信报文、REN协议中的主站状态机功能、数据时间管理器的全部功能，同时主站所支持的功能，包括复杂度包括RDM、SDM、FDM数量及性能等皆可通过通信参数文件进行配置，实现了与下层通信的标准数据交互接口的抽象及定义，通信参数描述文件转化而成的C文件的识别与使用功能。

Description

一种基于DSP的REN协议主站实现方法
技术领域
本发明涉及现场总线领域，尤其是涉及一种基于DSP的REN协议主站实现方法。
背景技术
现阶段工业级网络总线协议的技术标准主要由欧美等发达国家掌握，国内对工业级网络总线协议的应用的实现主要来源于购买国外现有的源代码、专用IC芯片或嵌入式模块来实现。购买源代码一般都基于通用平台设计代码，规模一般较大、占用系统资源相对庞大并且由于不对使用者开放核心技术，无法真正与产品达到完美契合。对于产品的优化及新产品的开发都非常不利；
专用IC芯片方案需在产品设计前期选择相应IC进行板件设计，提高板件设计成本同时需增加专门IC驱动软件进行IC自身的驱动。同时IC自身版本限制了总线扩展功能，当需功能扩展升级时一般需重新规划升级板件；嵌入式模块一般做为单独的硬件模块方式实现与系统CPU通过UART等内部总线实现。
由于系统数据从系统CPU传送到模块及模块内部处理都需要一定的时间,所以会使节点响应速度相应变慢，模块自身作为附属的子设备,其可靠性也降低了整个系统可靠性。并且大多数功能模块功能单一无法进行灵活配置，添加新功能只能依靠相应厂商开发新型号,并且需要在产品设计中单独考虑其安装空间,且单只成本较高不利于产品的小型化及规模化。
Ren协议是独立于物理层架设的高层应用协议，是独立自主开发的高层总线系统。其包含了总线通信模型的定义、通信节律控制的时间窗系统、多种数据应用类型场景定义、节点异常响应管理等多个功能系统。其可快速布署于中近距离传输的现场总线环境下，完成基于高层应用协议的数据交互、节点管理等任务。自身由软件协议主站实现，可在不同应用环境下进行裁剪利于不同性能设备实现。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于DSP的REN协议主站实现方法，实现一种能适应于嵌入式操作系统或前后台系统，并在系统构建上经过简单配置即可布置成功能完善的Ren协议主站。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于DSP的REN协议主站实现方法，
A：对DSP芯片的硬件平台开发设计，建立Ren协议主站；
B：将Ren协议主站分为硬件驱动层、Ren函数处理层、Ren应用接口层，所述硬件驱动层包括计时器管理模和数据接口模块，所述Ren函数处理层包括数据时间管理器、状态机模块、SDM、FDM、NMS和CPF管理模块，所述Ren应用接口包括Ren协议用户应用函数和通信参数文件。
进一步的，Ren协议主站启动过程如下：
S1：外围系统及CPU上电初始化，状态机模块进入初始化；
S2：从CPF中读取通信配置数据；
S3：向硬件驱动层发送通信配置数据并启动通信单元；
S4：通信配置成功，正式启动协议主站；
S5：将状态机模块切入到准备状态；
S6：协议主站通过NMS报文扫描子节点，根据CPF中配置数据判断是否覆盖写入子节点配置数据，
若判定结果为覆盖写入子节点，则通过SDM进行节点配置及节点ID分配后进入下一步；
若判断结果为不覆盖写入子节点，则直接进入下一步。
S7：通过NMS命令向子节点发送启动报文；
S8：主站状态机进入工作状态；
S9：NMS管理节点状态，扫描管理所有节点；
S10：根据CPF中通信配置数据进行数据通信。
进一步的，所述硬件驱动层将硬件模块的系统时钟、中断向量初始化，给Ren协议主站提供正常进行所需的调度时钟、标准数据接口。
进一步的，通过所述Ren函数处理层对系统时钟进行调度，控制整个协议主站的函数运行的调度与分配。
进一步的，所述CPF管理模块为协议主站中各模块访问通信参数文件中的数据提供接口，并对通信参数文件中不同数据的读写权限进行保护。
进一步的，所述状态机模块通过NMS单元反馈的子节点状态及接收到的应用层命令来切换不同的运行状态，并将运行状态分配给RDM、SDM、FDM、NMS，指导各模块的运行。
进一步的，所述状态机模块包括四种状态，分别为初始化状态、准备状态、工作状态、停止状态。
进一步的，所述子节点状态包括查询、删除和管理。
进一步的，所述数据时间管理器与数据接口模块连接的控制器通信，在总线上发送定时的NMS报文同步整个总线的通信周期。
进一步的，所述通信参数文件对全部的节点工作配置信息与数据配置信息进行保存，在系统上电后为提供参数及数据读写功能。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法具有以下优势：
本发明所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，对DSP芯片的硬件平台进行开发，实现了Ren协议中网络管理的主站全部功能、REN协议中的四种通信报文、REN协议中的主站状态机功能、数据时间管理器的全部功能，同时主站所支持的功能，包括复杂度包括RDM、SDM、FDM数量及性能等皆可通过通信参数文件进行配置，实现了与下层通信的标准数据交互接口的抽象及定义，通信参数描述文件转化而成的C文件的识别与使用功能。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法各部分功能配合框图；
图2为本发明实施例所述的一种基于DSP的REN协议主站程序启动工作流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，一种基于DSP的REN协议主站实现方法，
A：对DSP芯片的硬件平台开发设计，建立Ren协议主站；
B：将Ren协议主站分为硬件驱动层、Ren函数处理层、Ren应用接口层，所述硬件驱动层包括计时器管理模和数据接口模块，所述Ren函数处理层包括数据时间管理器、状态机模块、SDM、FDM、NMS和CPF管理模块，所述Ren应用接口包括Ren协议用户应用函数和通信参数文件。
Ren协议主站启动过程如下：
S1：外围系统及CPU上电初始化，状态机模块进入初始化；
S2：从CPF中读取通信配置数据；
S3：向硬件驱动层发送通信配置数据并启动通信单元；
S4：通信配置成功，正式启动协议主站；
S5：将状态机模块切入到准备状态；
S6：协议主站通过NMS报文扫描子节点，根据CPF中配置数据判断是否覆盖写入子节点配置数据，
若判定结果为覆盖写入子节点，则通过SDM进行节点配置及节点ID分配后进入下一步；
若判断结果为不覆盖写入子节点，则直接进入下一步。
S7：通过NMS命令向子节点发送启动报文；
S8：主站状态机进入工作状态；
S9：NMS管理节点状态，扫描管理所有节点；
S10：根据CPF中通信配置数据进行数据通信。
所述硬件驱动层将硬件模块的系统时钟、中断向量初始化，给Ren协议主站提供正常进行所需的调度时钟、标准数据接口。
通过所述Ren函数处理层对系统时钟进行调度，控制整个协议主站的函数运行的调度与分配。
所述CPF管理模块为协议主站中各模块访问通信参数文件中的数据提供接口，并对通信参数文件中不同数据的读写权限进行保护。
所述状态机模块通过NMS单元反馈的子节点状态及接收到的应用层命令来切换不同的运行状态，并将运行状态分配给RDM、SDM、FDM、NMS，指导各模块的运行。
所述状态机模块包括四种状态，分别为初始化状态、准备状态、工作状态、停止状态。
所述子节点状态包括查询、删除和管理。
所述数据时间管理器与数据接口模块连接的控制器通信，在总线上发送定时的NMS报文同步整个总线的通信周期。
所述通信参数文件对全部的节点工作配置信息与数据配置信息进行保存，在系统上电后为提供参数及数据读写功能。
本实施例中驱动电路采用了TI公司的DSP28335系列32位浮点DSP芯片，基于CPU内自带通信模块作为底层的物理层与数据链路层，通过数据协议包控制系统进行连接，并且用C语言编写开发的包括Ren协议主站状态机、数据时间管理器和数据协议包控制系统。主站除本身外共可连接管理多达255个子节点。
Ren协议主站状态机提供整体协议栈运行状态的控制功能。主要负责协议栈的启动后的工作状态转换，为其它模块的工作状态提供限定条件。可切换状态主要包括：初始化状态、准备状态、工作状态、停止状态。主站状态的切换主要依靠预定义好的启动工作顺序进行启动驱动。同时状态机在工作状态下也负责数据状态管理数据状态分为：空闲、等待应答、处理应答、出错状态。
数据时间管理器为其它所有模块的运行提供运行时基支持。在嵌入式操作系统或前后台系统上可分别为其为配高优先级任务或硬实时定时器来实现数据时间管理器运行时钟源。同时时间管理器中的时间窗口功能为数据协议包控制系统提供基于“红绿灯”模型的数据包时间窗保护功能。同时也可为每个扩展子服务功能提供微秒精度的定时中断服务源；为其它模块提供时基查询功能。
数据协议包控制系统主要包含实时数据报文(RDM)、服务数据报文(SDM)、文件数据报文(FDM)、网络管理服务(NMS)、通信参数文件(CPF)、等功能模块。
网络管理服务(NMS)主要用来提供网络管理报文的发送与接收处理。主要包括NMS模块控制、NMS节点守护、NMS远程控制等功能。本服务功能主要通过向网络发送NMS命令，守护从节点状态、对从节点进行节点状态的控制，包括启动、停止、配置、重启。同时通过固定API接口向用户提供网络节点的状态及用户手动控制远程节点功能。
SDM功能通过与数据接口模块交互提供SDM服务器与客户端功能。
RDM功能通过与数据接口模块交互实现协议栈的TRDM与RRDM功能。
FDM功能通过与数据接口模块及用户文件接口交互实现Ren网络的文件传输管理功能。
NMS通过NMS报文同步各子站状态，并向其发送控制命令实现网络内节点状态管理功能。
实时数据报文(RDM)、服务数据报文(SDM)、文件数据报文(FDM)模块主要实现了对此三类主要通信报文的产生与处理功能。支持255路实时数据报文(RDM)的产生，可随子节点连接数量不同动态增减。SDM基于服务器客户端模型进行设计主站可运行多达10路SDM服务器及客户端。文件数据报文(FDM)基于文件服务器进行工作，文件服务器支持同时最多4路客户端的同时连接。当文件服务器通过FDM进行连接后支持文件的上传、下载、删除、查询、新建、复制、目录变更等一系列文件系统常用操作。在传递此三种报文过程中当发生节点异常时都可相互传递异常响应报文并进行异常处理。
所有主站中的通信配置及数据配置皆可使用配置工具生成C语言文本格式的通信参数文件(CPF),此文件可用与于从站交互预定义好的通信数据。同时可在不同主站间快速传递配置文档。加快重新部署及修改的速度。
主站随着所使用的服务与功能的增加代码量与系统资源占用率会随之增加，故本发明可随着应用场合不同增减所使用的功能来达到代码与资源的最优化使用。
本发明主要实现了REN协议的以下功能：
实现了REN协议中网络管理的主站全部功能，可与主站状态机配合完成从节点的启动、停止、配置、重启等工作；REN协议中的四种通信报文包括：实时数据报文(RDM)、服务数据报文(SDM)、文件数据报文(FDM)及异常响应报文；REN协议中的主站状态机功能；数据时间管理器的全部功能，可对数据报文进行时间窗口监视及处理。主站所支持的功能复杂度包括RDM、SDM、FDM数量及性能皆可通过通信参数文件进行配置；与下层通信的标准数据交互接口的抽象及定义。协议栈可通过匹配相应的数据接口模块连接不同物理层设备；通信参数描述文件转化而成的C文件的识别与使用功能。
本发明的有益效果是：
使REN协议主站，可以经过简单驱动接口修改快速移植到所需要的支持C语言开发的控制系统中；标准C语言编写具有良好的可移植性，协议及扩展子协议简单、快捷；代码可裁减、对系统资源占用少、实时性高。C语言编写与其它用户程序契合度高可实现程序间的无缝链接与嵌入；可应用性强只需简单配置即可实现不同的节点功能，开发成本少，维护与功能扩展方便；三种通信报文支持不同实时性、数据量场景应用，应用范围广泛；独立于物理层架设的高层应用协议,与下层通信抽象为标准的数据交互接口,通过针对不同物理层及数据链路层开发相应的数据接口模块即可进行驳接；对用户提供便捷的CPF配置工具，可快速修改主站功能配置及数据配置。并通过生成的CPF可进行主站从站不同配置文件的快速交互。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于,
A：对DSP芯片的硬件平台开发设计，建立Ren协议主站；
B：将Ren协议主站分为硬件驱动层、Ren函数处理层、Ren应用接口层，所述硬件驱动层包括计时器管理模和数据接口模块，所述Ren函数处理层包括数据时间管理器、状态机模块、SDM、FDM、NMS和CPF，四种模块，所述Ren应用接口包括Ren协议用户应用函数和通信参数文件；
Ren协议主站启动过程如下：
S1：外围系统及CPU上电初始化，状态机模块进入初始化；
S2：从CPF中读取通信配置数据；
S3：向硬件驱动层发送通信配置数据并启动通信单元；
S4：通信配置成功，正式启动协议主站；
S5：将状态机模块切入到准备状态；
S6：协议主站通过NMS报文扫描子节点，根据CPF中配置数据判断是否覆盖写入子节点配置数据；
若判定结果为覆盖写入子节点，则通过SDM进行节点配置及节点ID分配后进入下一步；
若判断结果为不覆盖写入子节点，则直接进入下一步；
S7：通过NMS命令向子节点发送启动报文；
S8：主站状态机进入工作状态；
S9：NMS管理节点状态，扫描管理所有节点；
S10：根据CPF中通信配置数据进行数据通信；
SDM为服务数据报文；
FDM为文件数据报文；
NMS为网络管理服务；
CPF为通信参数文件。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述硬件驱动层将硬件模块的系统时钟、中断向量初始化，给Ren协议主站提供正常进行所需的调度时钟、标准数据接口。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：通过所述Ren函数处理层对系统时钟进行调度，控制整个协议主站的函数运行的调度与分配。
4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述CPF为协议主站中各模块访问通信参数文件中的数据提供接口，并对通信参数文件中不同数据的读写权限进行保护。
5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述状态机模块通过NMS反馈的子节点状态及接收到的应用层命令来切换不同的运行状态，并将运行状态分配给RDM、SDM、FDM、NMS，指导各模块的运行；
RDM为实时数据报文。
6.根据权利要求5所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述状态机模块包括四种状态，分别为初始化状态、准备状态、工作状态、停止状态。
7.根据权利要求5所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述子节点状态包括查询、删除和管理。
8.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述数据时间管理器与数据接口模块连接的控制器通信，在总线上发送定时的NMS报文同步整个总线的通信周期。
9.根据权利要求1所述的一种基于DSP的REN协议主站实现方法，其特征在于：所述通信参数文件对全部的节点工作配置信息与数据配置信息进行保存，在系统上电后为协议栈提供参数及数据读写功能。
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