LonWorks-USB互联适配器的设计开发

是对于非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微处理器（ＥＺ－ＵＳＢ），就要求编程人员通过编程使非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微处理器能够执行Ｎｅｕｒｏｎ芯片的握手／令牌传递算法，也即是复制Ｎｅｕｒｏｎ芯片的行为，从而实现双方的通信。

图2 互联适配器硬件结构框图

２ 硬件设计

互联适配器的结构框图如图２所示，主要由神经元芯片和ＥＺ－ＵＳＢ单片机组成。

神经元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的核心?熏 芯片中含有Ｌｏｎｔａｌｋ协议的固态软件（简称固件），使其能可靠地通信。神经元芯片主要包含ＴＭＰＮ３１５０和ＴＭＰＮ３１２０两大系列，由日本东芝公司生产。ＴＭＰＮ３１５０支持外部存储器，适合更为复杂的应用，而ＴＭＰＮ３１２０则不支持外部存储器，它本身带ＲＯＭ。所以，在互联适配器的设计中选用的是ＴＭＰＮ３１５０，该芯片内有三个微处理器，即ＭＡＣ处理器、网络处理器和应用处理器。对神经元芯片进行外围电路的设计和扩展，使之成为ＬｏｎＷｏｒｋｓ网上的一个特殊的ＬＯＮ节点，这样它不仅可以与ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络上的ＬＯＮ节点进行通信，还可以作为适配器的协通信处理器。

ＴＭＰＮ３１５０片内存储器的地址范围是Ｅ８００Ｈ～ＦＦＦＦＨ，包括２ＫＢ的ＲＡＭ、０．５ＫＢ的ＥＥＰＲＯＭ、２．５ＫＢ保留空间和１ＫＢ的用于存储器映象Ｉ／Ｏ的空间。ＴＭＰＮ３１５０有１６根地址线，可寻址６４Ｋ空间，可以外接存储器，如ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ等。由于开发Ｎｅｕｒｏｎ芯片时采用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ语言，内存占用大，另外其作为通信协议处理器使用要求有大量的数据缓冲区进行数据交换，而仅仅利用３１５０内部的２ＫＲＡＭ空间是远远不够的，因此扩展了外部存储器ＦＬＡＳＨ和ＲＡＭ。ＦＬＡＳＨ选用ＡＴ２９Ｃ５１２，其地址范围是００００Ｈ～７ＦＦＦＨ；ＲＡＭ选用ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ，其地址范围是８０００Ｈ～ＤＦＦＦＨ。ＡＴ２９Ｃ５１２和ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ的地址范围由Ｎｅｕｒｏｎ芯片的地址线和控制线Ｅ及相关的逻辑门电路来确定。神经元芯片的晶振为１０ＭＨｚ。Ｎｅｕｒｏｎ芯片与ＬＯＮ的网络介质的接口采用上海工业自动化仪表研究所生产的双绞线收发器。收发器按其传输速率可以分为ＴＰＴ／ＸＦ－７８（传输速率为７８ｋｂｐｓ）、ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０（传输速率为１．２５Ｍｋｂｐｓ）两种型号，用于满足不同的通讯要求。这里选用的是ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０。

ＥＺ－ＵＳＢ单片机采用的是ＥＺ－ＵＳＢ２１００系列中具有４４个引脚的ＡＮ２１３１Ｓ。ＡＮ２１３１Ｓ是互联适配器的主ＣＰＵ，利用其Ｉ／Ｏ端口足以完成所需的功能。ＥＺ－ＵＳＢ芯片中包含内部程序／数据ＲＡＭ共８ＫＢ?熏不再需要ＲＯＭ或其它非易失性存储器。主ＣＰＵ与辅ＣＰＵ的连接很简单，即与辅ＣＰＵ的１１个Ｉ／Ｏ口进行连接。单片机的ＰＢ口接上辅ＣＰＵ的ＩＯ０～ＩＯ７，为两个ＣＰＵ的并行通讯数据端口。单片机的ＰＣ０～ＰＣ２分别接神经元芯片ＩＯ８～ＩＯ１０，完成控制功能。ＡＮ２１３１Ｓ再通过引脚ＵＳＢＤ＋和ＵＳＢＤ－与主机ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ互联。

３ 软件设计

适配器的软件程序设计分为两大块。一块为对主机ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ程序的软件设计，另一块为对外围ＵＳＢ设备——互联适配器程序的软件设计。

３．１ ＵＳＢ主机的软件设计

主机的软件设计主要包括两部分：一是基于ＵＳＢ的互联适配器的驱动程序。如图３所示，ＵＳＢ通信使用分层驱动模型，每层处理一部分通信过程，这样可以使不同设备在一些任务上使用相同的驱动。这里使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷＤＭ ＤＤＫ和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０来完成。

二是ＵＳＢ通信程序和用户服务程序。用户服务程序通过ＵＳＢ通信程序与系统ＵＳＢＤＩ(ＵＳＢ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)通信，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>由系统完成ＵＳＢ协议的处理与数据传输。从逻辑上讲，ＵＳＢ数据的传输是通过管道进行的。ＵＳＢ系统软件通过缺省管道（与端点０相对应）管理设备，设备驱动程序通过其它的管道来管理设备的功能接口。为了满足不同外设和用户的要求，ＵＳＢ提供了四种传输方式：控制传输、同步传输、中断传输和块传输。本系统使用的是块传输。ＥＺ－ＵＳＢ提供了１６个用于块传输的端点，包括７个ＩＮ端点(ＥＰ１＿ＩＮ～ＥＰ７＿ＩＮ)和７个ＯＵＴ端点(ＥＰ１＿ ＯＵＴ～ＥＰ７＿ＯＵＴ)。每个端点都有一个６４字节的缓冲区。块端点无方向控制，一个端点地址对应一个方向，所以端点ＩＮ１的地址不同于端点ＯＵＴ１的地址，本适配器就采用这对端点传输数据。其中，端点０在ＵＳＢ系统中有特定含义，它是ＥＺ－ＵＳＢ芯片中唯一的控制端点，用于传输控制信息。

开发可以访问互联适配器的应用程序，可使用任何一个支持ｗｉｎ３２函数ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()的编译器。首先调用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()函数，来取得访问设备驱动程序的句柄

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