CN1298150A - 现场总线外围设备主站的软件实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法,其特征是:在DSP数字信号处理器中,集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS－DP主站的所有协议,与PROFIBUS－DP从站连接,同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM,通过运行DSP数字信号处理器内的程序,就可以达到PROFIBUS－DP主站软件实现的功能,采用软件实现PROFIBUS－DP主站协议,可以代替专用协议芯片,因此,能够降低开发成本,实现自主开发。

Description

现场总线外围设备主站的软件实现方法

本发明属于计算机现场总线外围设备领域，尤其涉及一种现场总线外围设备主站的软件实现方法。

在目前的现场总线外围设备主站，即PROFIBUS-DP主站，均采用专用协议芯片，大多为SIEMENS制造的协议芯片ASPC2，在此协议芯片中，集成了全部EN50170层1和层2协议。但是，采用此种方法实现PROFIBUS-DP主站，运行成本很高。

本发明的目的是提供一种能够代替专用协议芯片，降低运行成本的现场总线外围设备主站的软件实现方法。

本发明的技术方案是：一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法，其特征是：

(1)在DSP数字信号处理器中，集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站连接，同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM，其中总线接口包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器、总线接口及驱动装置和双口RAM共同构成通讯卡，DSP数字信号处理装置通过UART发送和接收总线上的数据；

DSP数字信号处理器通过双口RAM与用户交互，双口RAM有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；

为了实现PROFIBUS-DP主站自动机的主要功能，DSP数字信号处理器，还需要运行一些辅助程序，这些辅助程序包括：定时器和启动逻辑程序、邮箱命令执行程序；

(2)通过运行DSP数字信号处理器内的程序，就可以达到PROFIBUS-DP软件实现的功能，其具体工作步骤是：

1)系统上电，用户根据通讯系统的组态，向邮箱输入供通讯卡运行的数据集，同时，DSP开始循环执行主自动机及定时、启动逻辑程序和邮箱命令执行器程序；

①主自动机首先首先进行初始化过程，即主自动机首先设置为离线状态，并在此状态下，读取用户输入到邮箱中的数据集，为通讯作准备；

②在主自动机初始化时，同时循环执行定时器和启动逻辑程序，软件利用定时器和启动逻辑程序，第一个用途是产生若干软定时器，为主自动机的运行提供软件定时器，第二个用途是维护独立于任何软件部件运行的看门狗，以检测各个软件的运行情况，看门狗检测到程序运行出现差错时，将重新启动程序的运行；

③主自动机读取完用户通过邮箱输入的数据集后，主自动机的初始化过程结束，读取完数据集，就可以进行随机通讯和与从站的循环数据交换工作；

2)主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；

①随机通讯状态：主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有：数据重发、剩余时间检查、参数设置、设置从站地址、请求组态数据、读取输入数据、读取输出数据、发送全局控制命令；

②循环数据交换状态：在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断、传参数、查组态、再诊断、数据交换、几个步骤，在进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。

本发明的工作原理是：PROFIBUS-DP主站的软件实现，不采用协议芯片，而是采用软件方式，在高速数字信号处理器DSP中，集成PROFIBUS-DP一类主站的全部协议，并实现了二类主站的部分功能，完全可以替代专用协议芯片。软件的核心部位是一个有限自动机，与通讯卡的任务相对应，自动机的状分为不同的状态群，自动机通过在状态图上行走来完成各种任务，图的状态是根据通讯卡的任务来设置的，与任务相对应，可以归为不同的状态群。软件的任务有数据下装、随机通讯和数据交换三项内容：

(1)通讯需要一个大的数据集才能进行，软件的第一个任务就是数据下装，以得到通讯所用的数据集。用户根据通讯系统的组态，形成一个供通讯卡运行的大的数据集，然后按照一定的步骤将这个数据集分块送到双口RAM的邮箱，通讯卡将接收到的数据块拼接起来，复原这个数据集。在复原的同时，将数据集中有用的信息记录下来，为通讯作好准备，得到数据集和运行信息之后，通讯卡就可以通讯了，DP是令牌总线协议，本软件采用单主系统，随机通讯和数据交换是通讯的主题内容。

(2)在通讯卡通讯时，用户可以将一个通讯请求放入命令邮箱，通讯卡执行这个请求，然后将响应结果放入响应邮箱，这就是随机通讯。

(3)通讯卡的最重要的内容是与从站的数据交换，数据集中拥有与从站数据交换的所有信息，包括参数、组态、输入输出的首址和长度、诊断数据的地址等。数据交换是通讯卡根据这些信息自动进行的，其最终的目的是建立与所述从站间的循环数据交换，在进行数据交换支前，要经历诊断、传参数、检查组态、再诊断、数据交换几个步骤。在进入数据交换之后若从站有诊断信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入数据交换状态，然后在恢复数据交换。若在整个过程中有错误，从站自动机会重新开始初始化过程。

本发明的效果是：采用软件实现PROFIBUS-DP主站协议，可以代替专用协议芯片，因此，能够降低开发成本，实现自主开发。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的硬件框图；

图2是本发明的主程序流程图；

图3是本发明的主自动机程序流程图；

图4是本发明的定时器和启动逻辑程序流程图；

图5是本发明的邮箱命令执行器流程图。

图1中，在DSP数字信号处理器1中，集成PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站2连接，同时外接总线接口及驱动装置3和双口RAM4，其中总线接口及驱动装置3包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器1、总线接口及驱动装置3和双口RAM4共同构成通讯卡5，DSP数字信号处理装置1通过UART发送和接收总线上的数据，发送时软件将发送缓冲区中准备好的一桢数据连续地写往UART的输出保存寄存器，而UART将每个字节加上一个起始位，一个偶校验位和一个停止位，然后转换成串行输出到线路上，接收时，UART将收到的每个字节都压入FIFO，软件则及时地将收到的字节取走，经过分析后放入接收缓冲区中；

DSP数字信号处理器1通过双口RAM4与用户交互，双口RAM4有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；

图2中，主自动机首先判断初始化是否完毕；如果初始化完毕，则执行主自动机程序，执行完主自动机程序后，执行定时和启动逻辑程序；如果初始化没有完毕，则执行定时器及启动逻辑程序；执行完定时器及启动逻辑程序后，再重新运行主自动机程序；

图3中，主自动机程序流程图，主自动机开始处于离线状态，在此状态下，进行数据集的离线下装，读取用户通过邮箱输入的数据集，数据集中拥有与从站数据交换的所有信息，包括参数数据、组态数据、输入输出数据的首址和长度、诊断数据的地址带等，为通讯做好准备，主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；随机通讯和数据交换是通讯的主题内容：

随机通讯状态(FDL-STATE-USE-TOKEN HIGH)：主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有：数据重发(FDL-STATE-REPEAT-HIGH)、剩余时间检查(FDL-STATE-CHECK-ACCESS-TIME-HIGH)、参数设置(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-PRM)、设置从站地址(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-SLAVE-ADD)、请求组态数据(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GET-CFG)、读取输入数据(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-RD-INP)、读取输出数据(FDL-AWAIT-HIGH-RD-OUTP)、发送全局控制命令(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GLOBAL-CONTRAL)；

循环数据交换状态(FDL-STATE-USE-TOKEN-LOW)：在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG)、传参数(FDL-STATE-AWAIT-LOW-PRM)、查组态(FDL-STATE-AWAIT-LOW-CFG)、再诊断(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG2)、数据交换(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DATA-IN、FDL-STATE-AWAIT-LOW-NO-DATA-IN)几个步骤，再进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。

图4中，定时器和启动逻辑程序，首先维护各个软定时器；然后判断看门狗是否有动作，程序执行过程中，如果出现死机等故障时，看门狗就会发生动作，进行启动程序，如果看门狗有动作，则此次程序结束；如果看门狗没有动作，则继续判断是否要启动系统启动(BOOT-START)程序，如果需要启动，则启动BOOT-START，启动BOOT-START后结束，如果不需要启动BOOT-START，则继续判断是否需要运行冷启动(COLD-START)，如果需要启动冷启动，则启动冷启动，程序结束，如果不需要启动冷启动，则进一步判断是否需要启动热启动(WARM-START)，如果需要，则启动热启动，如果不需要，则程序结束。

图5中，邮箱命令执行器程序，首先判断主自动机是否处于OFFLINE状态，如果主自动机是处于OFFLINE状态，则检查从站和总线参数是否存在，如果参数存在，则程序结束；如果参数不存在，或者参数不全，则执行下装从站参数、装载从站参数、下装总线参数、装载总线参数；如果主自动机不是处于OFFLINE状态，则进一步判断是否有随机通讯任务，如果有随机通讯任务，则处理随机通讯任务，处理完随机通讯任务后结束，如果没有随机通讯任务，则返回循环执行上述步骤。

Claims (1)

1、一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法，其特征是：

(1)在DSP数字信号处理器中，集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站连接，同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM，其中总线接口包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器、总线接口及驱动装置和双口RAM共同构成通讯卡，DSP数字信号处理器通过UART发送和接收总线上的数据；

DBP数字信号处理器通过双口RAM与用户交互，双口RAM有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；

为了实现PROFIBUS-DP主站自动机的主要功能，DSP数字信号处理器，还需要运行一些辅助程序，这些辅助程序包括：定时器和启动逻辑程序、邮箱命令执行程序；

(2)通过运行DBP数字信号处理器内的程序，就可以达到PROFIBUS-DP主站软件实现的功能，其具体工作步骤是：

1)系统上电，用户根据通讯系统的组态，向邮箱输入供通讯卡运行的数据集，同时，DBP开始循环执行主自动机及定时、启动逻辑程序和邮箱命令执行器程序；

①主自动机首先首先进行初始化过程，即主自动机首先设置为离线状态，并在此状态下，读取用户输入到邮箱中的数据集，为通讯作准备；

⑦在主自动机初始化时，同时循环执行定时器和启动逻辑程序，软件利用定时器和启动逻辑程序，第一个用途是产生若干软定时器，为主自动机的运行提供软件定时器，第二个用途是维护独立于任何软件部件运行的看门狗，以检测各个软件的运行情况，看门狗检测到程序运行出现差错时，将重新启动程序的运行；

③主自动机读取完用户通过邮箱输入的数据集后，主自动机的初始化过程结束，读取完数据集，就可以进行随机通讯和与从站的循环数据交换工作；

2)主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；

①随机通讯状态：主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有：数据重发、剩余时间检查、参数设置、设置从站地址、请求组态数据、读取输入数据、读取输出数据、发送全局控制命令；

②循环数据交换状态：在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断、传参数、查组态、再诊断、数据交换、几个步骤，在进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。

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