專利名稱：現(xiàn)場總線外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機現(xiàn)場總線外圍設備領域，尤其涉及一種現(xiàn)場總線外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法。
在目前的現(xiàn)場總線外圍設備主站，即PROFIBUS-DP主站，均采用專用協(xié)議芯片，大多為SIEMENS制造的協(xié)議芯片ASPC2，在此協(xié)議芯片中，集成了全部EN50170層1和層2協(xié)議。但是，采用此種方法實現(xiàn)PROFIBUS-DP主站，運行成本很高。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠代替專用協(xié)議芯片，降低運行成本的現(xiàn)場總線外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法。
本發(fā)明的技術方案是一種現(xiàn)場總線分散外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法，其特征是(1)在DSP數(shù)字信號處理器中，集成現(xiàn)場總線分散外圍設備即PROFIBUS-DP主站的所有協(xié)議，與PROFIBUS-DP從站連接，同時外接總線接口及驅(qū)動裝置和雙口RAM，其中總線接口包括一個有大輸入輸出FIFO的UART，DSP數(shù)字信號處理器、總線接口及驅(qū)動裝置和雙口RAM共同構成通訊卡，DSP數(shù)字信號處理裝置通過UART發(fā)送和接收總線上的數(shù)據(jù)；DSP數(shù)字信號處理器通過雙口RAM與用戶交互，雙口RAM有兩個重要的數(shù)據(jù)區(qū)域，一個是郵箱，另一個數(shù)據(jù)交換區(qū)，在通訊時，用戶和通訊卡通過郵箱傳遞命令和響應，通過數(shù)據(jù)交換區(qū)傳遞輸入輸出數(shù)據(jù)，同時郵箱還是數(shù)據(jù)集下裝的通道；為了實現(xiàn)PROFIBUS-DP主站自動機的主要功能，DSP數(shù)字信號處理器，還需要運行一些輔助程序，這些輔助程序包括定時器和啟動邏輯程序、郵箱命令執(zhí)行程序；(2)通過運行DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)的程序，就可以達到PROFIBUS-DP軟件實現(xiàn)的功能，其具體工作步驟是1)系統(tǒng)上電，用戶根據(jù)通訊系統(tǒng)的組態(tài)，向郵箱輸入供通訊卡運行的數(shù)據(jù)集，同時，DSP開始循環(huán)執(zhí)行主自動機及定時、啟動邏輯程序和郵箱命令執(zhí)行器程序；①主自動機首先首先進行初始化過程，即主自動機首先設置為離線狀態(tài)，并在此狀態(tài)下，讀取用戶輸入到郵箱中的數(shù)據(jù)集，為通訊作準備；
②在主自動機初始化時，同時循環(huán)執(zhí)行定時器和啟動邏輯程序，軟件利用定時器和啟動邏輯程序，第一個用途是產(chǎn)生若干軟定時器，為主自動機的運行提供軟件定時器，第二個用途是維護獨立于任何軟件部件運行的看門狗，以檢測各個軟件的運行情況，看門狗檢測到程序運行出現(xiàn)差錯時，將重新啟動程序的運行；③主自動機讀取完用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集后，主自動機的初始化過程結束，讀取完數(shù)據(jù)集，就可以進行隨機通訊和與從站的循環(huán)數(shù)據(jù)交換工作；2)主自動機根據(jù)讀取用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集，可以進行兩種工作狀態(tài)，即主動站和偵聽站，如果是主動站則進行隨機通訊，如果是偵聽站則接收總線上的數(shù)據(jù)；①隨機通訊狀態(tài)主要進行隨機通訊任務，執(zhí)行用戶通過郵箱發(fā)出的通訊命令，包括的狀態(tài)有數(shù)據(jù)重發(fā)、剩余時間檢查、參數(shù)設置、設置從站地址、請求組態(tài)數(shù)據(jù)、讀取輸入數(shù)據(jù)、讀取輸出數(shù)據(jù)、發(fā)送全局控制命令；②循環(huán)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)在此狀態(tài)下，執(zhí)行主自動機與從站循環(huán)數(shù)據(jù)交換，在主自動機與從站進行數(shù)據(jù)交換之前，要經(jīng)歷診斷、傳參數(shù)、查組態(tài)、再診斷、數(shù)據(jù)交換、幾個步驟，在進入數(shù)據(jù)交換之后，若從站有診斷的信息，會利用數(shù)據(jù)交換的機會通知通訊卡，通訊卡會臨時進入診斷狀態(tài)，然后再回復數(shù)據(jù)交換，若在整個過程中有錯誤，從站會重新開始初始化過程。
本發(fā)明的工作原理是PROFIBUS-DP主站的軟件實現(xiàn)，不采用協(xié)議芯片，而是采用軟件方式，在高速數(shù)字信號處理器DSP中，集成PROFIBUS-DP一類主站的全部協(xié)議，并實現(xiàn)了二類主站的部分功能，完全可以替代專用協(xié)議芯片。軟件的核心部位是一個有限自動機，與通訊卡的任務相對應，自動機的狀分為不同的狀態(tài)群，自動機通過在狀態(tài)圖上行走來完成各種任務，圖的狀態(tài)是根據(jù)通訊卡的任務來設置的，與任務相對應，可以歸為不同的狀態(tài)群。軟件的任務有數(shù)據(jù)下裝、隨機通訊和數(shù)據(jù)交換三項內(nèi)容(1)通訊需要一個大的數(shù)據(jù)集才能進行，軟件的第一個任務就是數(shù)據(jù)下裝，以得到通訊所用的數(shù)據(jù)集。用戶根據(jù)通訊系統(tǒng)的組態(tài)，形成一個供通訊卡運行的大的數(shù)據(jù)集，然后按照一定的步驟將這個數(shù)據(jù)集分塊送到雙口RAM的郵箱，通訊卡將接收到的數(shù)據(jù)塊拼接起來，復原這個數(shù)據(jù)集。在復原的同時，將數(shù)據(jù)集中有用的信息記錄下來，為通訊作好準備，得到數(shù)據(jù)集和運行信息之后，通訊卡就可以通訊了，DP是令牌總線協(xié)議，本軟件采用單主系統(tǒng)，隨機通訊和數(shù)據(jù)交換是通訊的主題內(nèi)容。
(2)在通訊卡通訊時，用戶可以將一個通訊請求放入命令郵箱，通訊卡執(zhí)行這個請求，然后將響應結果放入響應郵箱，這就是隨機通訊。
(3)通訊卡的最重要的內(nèi)容是與從站的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)集中擁有與從站數(shù)據(jù)交換的所有信息，包括參數(shù)、組態(tài)、輸入輸出的首址和長度、診斷數(shù)據(jù)的地址等。數(shù)據(jù)交換是通訊卡根據(jù)這些信息自動進行的，其最終的目的是建立與所述從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)交換，在進行數(shù)據(jù)交換支前，要經(jīng)歷診斷、傳參數(shù)、檢查組態(tài)、再診斷、數(shù)據(jù)交換幾個步驟。在進入數(shù)據(jù)交換之后若從站有診斷信息，會利用數(shù)據(jù)交換的機會通知通訊卡，通訊卡會臨時進入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，然后在恢復數(shù)據(jù)交換。若在整個過程中有錯誤，從站自動機會重新開始初始化過程。
本發(fā)明的效果是采用軟件實現(xiàn)PROFIBUS-DP主站協(xié)議，可以代替專用協(xié)議芯片，因此，能夠降低開發(fā)成本，實現(xiàn)自主開發(fā)。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是本發(fā)明的硬件框圖；圖2是本發(fā)明的主程序流程圖；圖3是本發(fā)明的主自動機程序流程圖；圖4是本發(fā)明的定時器和啟動邏輯程序流程圖；圖5是本發(fā)明的郵箱命令執(zhí)行器流程圖。
圖1中，在DSP數(shù)字信號處理器1中，集成PROFIBUS-DP主站的所有協(xié)議，與PROFIBUS-DP從站2連接，同時外接總線接口及驅(qū)動裝置3和雙口RAM4，其中總線接口及驅(qū)動裝置3包括一個有大輸入輸出FIFO的UART，DSP數(shù)字信號處理器1、總線接口及驅(qū)動裝置3和雙口RAM4共同構成通訊卡5，DSP數(shù)字信號處理裝置1通過UART發(fā)送和接收總線上的數(shù)據(jù)，發(fā)送時軟件將發(fā)送緩沖區(qū)中準備好的一楨數(shù)據(jù)連續(xù)地寫往UART的輸出保存寄存器，而UART將每個字節(jié)加上一個起始位，一個偶校驗位和一個停止位，然后轉(zhuǎn)換成串行輸出到線路上，接收時，UART將收到的每個字節(jié)都壓入FIFO，軟件則及時地將收到的字節(jié)取走，經(jīng)過分析后放入接收緩沖區(qū)中；DSP數(shù)字信號處理器1通過雙口RAM4與用戶交互，雙口RAM4有兩個重要的數(shù)據(jù)區(qū)域，一個是郵箱，另一個數(shù)據(jù)交換區(qū)，在通訊時，用戶和通訊卡通過郵箱傳遞命令和響應，通過數(shù)據(jù)交換區(qū)傳遞輸入輸出數(shù)據(jù)，同時郵箱還是數(shù)據(jù)集下裝的通道；圖2中，主自動機首先判斷初始化是否完畢；如果初始化完畢，則執(zhí)行主自動機程序，執(zhí)行完主自動機程序后，執(zhí)行定時和啟動邏輯程序；如果初始化沒有完畢，則執(zhí)行定時器及啟動邏輯程序；執(zhí)行完定時器及啟動邏輯程序后，再重新運行主自動機程序；
圖3中，主自動機程序流程圖，主自動機開始處于離線狀態(tài)，在此狀態(tài)下，進行數(shù)據(jù)集的離線下裝，讀取用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集中擁有與從站數(shù)據(jù)交換的所有信息，包括參數(shù)數(shù)據(jù)、組態(tài)數(shù)據(jù)、輸入輸出數(shù)據(jù)的首址和長度、診斷數(shù)據(jù)的地址帶等，為通訊做好準備，主自動機根據(jù)讀取用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集，可以進行兩種工作狀態(tài)，即主動站和偵聽站，如果是主動站則進行隨機通訊，如果是偵聽站則接收總線上的數(shù)據(jù)；隨機通訊和數(shù)據(jù)交換是通訊的主題內(nèi)容隨機通訊狀態(tài)(FDL-STATE-USE-TOKEN HIGH)主要進行隨機通訊任務，執(zhí)行用戶通過郵箱發(fā)出的通訊命令，包括的狀態(tài)有數(shù)據(jù)重發(fā)(FDL-STATE-REPEAT-HIGH)、剩余時間檢查(FDL-STATE-CHECK-ACCESS-TIME-HIGH)、參數(shù)設置(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-PRM)、設置從站地址(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-SLAVE-ADD)、請求組態(tài)數(shù)據(jù)(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GET-CFG)、讀取輸入數(shù)據(jù)(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-RD-INP)、讀取輸出數(shù)據(jù)(FDL-AWAIT-HIGH-RD-OUTP)、發(fā)送全局控制命令(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GLOBAL-CONTRAL)；循環(huán)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)(FDL-STATE-USE-TOKEN-LOW)在此狀態(tài)下，執(zhí)行主自動機與從站循環(huán)數(shù)據(jù)交換，在主自動機與從站進行數(shù)據(jù)交換之前，要經(jīng)歷診斷(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG)、傳參數(shù)(FDL-STATE-AWAIT-LOW-PRM)、查組態(tài)(FDL-STATE-AWAIT-LOW-CFG)、再診斷(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG2)、數(shù)據(jù)交換(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DATA-IN、FDL-STATE-AWAIT-LOW-NO-DATA-IN)幾個步驟，再進入數(shù)據(jù)交換之后，若從站有診斷的信息，會利用數(shù)據(jù)交換的機會通知通訊卡通訊卡會臨時進入診斷狀態(tài)，然后再回復數(shù)據(jù)交換，若在整個過程中有錯誤，從站會重新開始初始化過程。
圖4中，定時器和啟動邏輯程序，首先維護各個軟定時器；然后判斷看門狗是否有動作，程序執(zhí)行過程中，如果出現(xiàn)死機等故障時，看門狗就會發(fā)生動作，進行啟動程序，如果看門狗有動作，則此次程序結束；如果看門狗沒有動作，則繼續(xù)判斷是否要啟動系統(tǒng)啟動(BOOT-START)程序，如果需要啟動，則啟動BOOT-START，啟動BOOT-START后結束，如果不需要啟動BOOT-START，則繼續(xù)判斷是否需要運行冷啟動(COLD-START)，如果需要啟動冷啟動，則啟動冷啟動，程序結束，如果不需要啟動冷啟動，則進一步判斷是否需要啟動熱啟動(WARM-START)，如果需要，則啟動熱啟動，如果不需要，則程序結束。
圖5中，郵箱命令執(zhí)行器程序，首先判斷主自動機是否處于OFFLINE狀態(tài)，如果主自動機是處于OFFLINE狀態(tài)，則檢查從站和總線參數(shù)是否存在，如果參數(shù)存在，則程序結束；如果參數(shù)不存在，或者參數(shù)不全，則執(zhí)行下裝從站參數(shù)、裝載從站參數(shù)、下裝總線參數(shù)、裝載總線參數(shù)；如果主自動機不是處于OFFLINE狀態(tài)，則進一步判斷是否有隨機通訊任務，如果有隨機通訊任務，則處理隨機通訊任務，處理完隨機通訊任務后結束，如果沒有隨機通訊任務，則返回循環(huán)執(zhí)行上述步驟。
權利要求
1.一種現(xiàn)場總線分散外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法，其特征是(1)在DSP數(shù)字信號處理器中，集成現(xiàn)場總線分散外圍設備即PROFIBUS-DP主站的所有協(xié)議，與PROFIBUS-DP從站連接，同時外接總線接口及驅(qū)動裝置和雙口RAM，其中總線接口包括一個有大輸入輸出FIFO的UART，DSP數(shù)字信號處理器、總線接口及驅(qū)動裝置和雙口RAM共同構成通訊卡，DSP數(shù)字信號處理器通過UART發(fā)送和接收總線上的數(shù)據(jù)；DBP數(shù)字信號處理器通過雙口RAM與用戶交互，雙口RAM有兩個重要的數(shù)據(jù)區(qū)域，一個是郵箱，另一個數(shù)據(jù)交換區(qū)，在通訊時，用戶和通訊卡通過郵箱傳遞命令和響應，通過數(shù)據(jù)交換區(qū)傳遞輸入輸出數(shù)據(jù)，同時郵箱還是數(shù)據(jù)集下裝的通道；為了實現(xiàn)PROFIBUS-DP主站自動機的主要功能，DSP數(shù)字信號處理器，還需要運行一些輔助程序，這些輔助程序包括定時器和啟動邏輯程序、郵箱命令執(zhí)行程序；(2)通過運行DBP數(shù)字信號處理器內(nèi)的程序，就可以達到PROFIBUS-DP主站軟件實現(xiàn)的功能，其具體工作步驟是1)系統(tǒng)上電，用戶根據(jù)通訊系統(tǒng)的組態(tài)，向郵箱輸入供通訊卡運行的數(shù)據(jù)集，同時，DBP開始循環(huán)執(zhí)行主自動機及定時、啟動邏輯程序和郵箱命令執(zhí)行器程序；①主自動機首先首先進行初始化過程，即主自動機首先設置為離線狀態(tài)，并在此狀態(tài)下，讀取用戶輸入到郵箱中的數(shù)據(jù)集，為通訊作準備；⑦在主自動機初始化時，同時循環(huán)執(zhí)行定時器和啟動邏輯程序，軟件利用定時器和啟動邏輯程序，第一個用途是產(chǎn)生若干軟定時器，為主自動機的運行提供軟件定時器，第二個用途是維護獨立于任何軟件部件運行的看門狗，以檢測各個軟件的運行情況，看門狗檢測到程序運行出現(xiàn)差錯時，將重新啟動程序的運行；③主自動機讀取完用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集后，主自動機的初始化過程結束，讀取完數(shù)據(jù)集，就可以進行隨機通訊和與從站的循環(huán)數(shù)據(jù)交換工作；2)主自動機根據(jù)讀取用戶通過郵箱輸入的數(shù)據(jù)集，可以進行兩種工作狀態(tài)，即主動站和偵聽站，如果是主動站則進行隨機通訊，如果是偵聽站則接收總線上的數(shù)據(jù)；①隨機通訊狀態(tài)主要進行隨機通訊任務，執(zhí)行用戶通過郵箱發(fā)出的通訊命令，包括的狀態(tài)有數(shù)據(jù)重發(fā)、剩余時間檢查、參數(shù)設置、設置從站地址、請求組態(tài)數(shù)據(jù)、讀取輸入數(shù)據(jù)、讀取輸出數(shù)據(jù)、發(fā)送全局控制命令；②循環(huán)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)在此狀態(tài)下，執(zhí)行主自動機與從站循環(huán)數(shù)據(jù)交換，在主自動機與從站進行數(shù)據(jù)交換之前，要經(jīng)歷診斷、傳參數(shù)、查組態(tài)、再診斷、數(shù)據(jù)交換、幾個步驟，在進入數(shù)據(jù)交換之后，若從站有診斷的信息，會利用數(shù)據(jù)交換的機會通知通訊卡，通訊卡會臨時進入診斷狀態(tài)，然后再回復數(shù)據(jù)交換，若在整個過程中有錯誤，從站會重新開始初始化過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場總線分散外圍設備主站的軟件實現(xiàn)方法,其特征是:在DSP數(shù)字信號處理器中,集成現(xiàn)場總線分散外圍設備即PROFIBUS－DP主站的所有協(xié)議,與PROFIBUS－DP從站連接,同時外接總線接口及驅(qū)動裝置和雙口RAM,通過運行DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)的程序,就可以達到PROFIBUS－DP主站軟件實現(xiàn)的功能,采用軟件實現(xiàn)PROFIBUS－DP主站協(xié)議,可以代替專用協(xié)議芯片,因此,能夠降低開發(fā)成本,實現(xiàn)自主開發(fā)。
文檔編號G06F9/48GK1298150SQ0013627
公開日2001年6月6日 申請日期2000年12月26日 優(yōu)先權日2000年12月26日
發(fā)明者郝莉 申請人:北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司