LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计

对于８位操作方式，３２个地址中只有１８个有用：００Ｈ～０ＦＨ共１６个寄存器地址，１０Ｈ为ＤＭＡ地址，１ＦＨ为复位地址。本适配器采用轮询方式，不使用中断。故ＲＴＬ８０１９ａｓ与单片机的连接如表４所示。

表4 RTL8019as单片的连接

IORB	读信号，接P3.6
IOWB	写信号，接P3.7
RSTDRV	复位信号，P3.4
AEN	地址信号，接地
IOCS16	接下拉电阻，选择8位模式
S0～S7	数据总线，接单片机P0口
A19～A10，A6	地址线接地
A9，A5	接P2.5（高电平时选中）
A4～A0	接单片机P2.0×P2.4

表5 单片机发往RTL8019as的数据格式

以太网首部	IP首部	UDP首部	数据
14字节	20字节	20字节	128×n字节

本适配器使用ＵＤＰ传送数据，同时支持ＩＣＭＰ的回应应答和回应请求报文（Ｐｉｎｇ命令），单片机发往ＲＴＬ８０１９ａｓ的数据帧格式如表５所示。

用单片机实现ＵＤＰ协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在ＩＰ首部中不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“０”即可。

１．３ 互连适配器的硬件电路设计

由于Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ２只有四个８位Ｉ／Ｏ口，无法同时与ＲＴＬ８０１９ａｓ 和ＴＭＰＮ３１５０通信，故使用Ｐ０口作为数据总线。Ｐ２．５作为片选信号，高电平为ＲＴＬ８０１９ａｓ，低电平为ＴＭＰＮ３１５０。图１给出了互连适配器的电路框图。其中３１５０和ＲＴＬ８０１９ａｓ复用同一条８位数据线，依靠Ｐ２．５进行片选。当Ｐ２．５高电平时，ＲＴＬ８０１９ａｓ地址（１ＸＸＸＸＸ）有效，被选中。Ｍａｘ２３２作为单片机的下载线，互联适配器也可使用ＲＳ２３２口与计算机通信。

图2 适配器工作流程图

２ 互连适配器的软件设计

适配器的软件编写包括两部分：一部分是ＴＭＰＮ３１５０上用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ语言编写；另一部分是在Ｐ８９Ｃ５１上用Ｃ５１语言开发ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和与ＴＭＰＮ３１５０、ＲＴＬ８０１９ａｓ的通信软件，可读性强，可方便地移植到其他５１核心单片机上。

２．１ 适配器的初始化

Ｐ８９Ｃ５１单片机和ＴＭＰＮ３１５０之间先建立握手信号，即ＨＳ信号有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自动实现）；然后，主机发送一个ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令，要求从机同步，而从机接收到这个信号后，则发送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ，表示已同步，可以通信了。ＲＴＬ８０１９在通信前要先读取９３Ｃ４６的内容并设置内部寄存器的值（配置寄存器ＣＯＮＦＩＧ１～４，网络节点地址），再由８９Ｃ５１对ＲＴＬ８０１９的页０与页１相关寄存器进行初始化，即可正常工作。

２．２ 适配器工作流程

考虑到ＬＯＮ网主要作为监控网络，特别在楼宇自动化中的监控，由ＬＯＮ网发往以太网的数据较多，应首先保证其优先权。且８９Ｃ５１ＲＤ只有１０２４字节的内存，无法处理大的以太网帧。经过实验比较，在最后具体实现时，选择ＬＯＮ最大为每帧６４字节，尽量做到每收１０个ＬＯＮ帧，发一个以太网帧，流程如图２所示。
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    ２．３ 服务器监控软件的设计

Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线使用网络变量的方式传送数据。一个网络变量是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ网络节点的一个对象，各个节点之间的联系通过网络变量实现。当一个网络变量在一个节点中被应用程序改变时，ＬｏｎＴａｌｋ协议自动将新值构成隐式消息透明地发往可与之共享的其他节点，而应用程序则不必考虑发送、接收和寻址的问题。安装在服务器上的监控软件将需要改变的网络变量数据利用ＵＤＰ通过以太网发往指定ＩＰ地址的适配器，适配器将自动完成各个数据向相应设备的传输。同样，适配器也将设备发来的网络变量使用ＵＤＰ发往指定ＩＰ的服务器。使用Ｄｅｌｐｈｉ６．０编写了一个简单的设备监控软件。实验中，它能同时管理１６路的数据采集和控制，适配器达到了１２ｋｂｐｓ的峰值速率。实验模型如图３所示。

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