USB互联适配器设计管理论文

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1、USB互联适配器设计管理论文 摘要：LonWorks技术的核心是神经元芯片，介绍了神经元芯片的一种I/O应用模式并行口IO模式，并介绍了基于此IO模式设计开发的LonWorks协议与USB标准的互联适配器。 关键词：LonWorks神经元芯片并行口I/O模式EZ-USB 技术是美国公司于上世纪年代初推出的一种现场总线技术。（）的意思为局部操作网络，它是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，现场总线在网络通讯方面具有突出的优点，作为现场总线中的佼佼者在国内各个领域的测控系统中广泛流行。 通用串行总线（，即）是一种快速、灵活的总线接口。与其它通信接口相比，总线接口最大的特点是易于使用，这主要表

2、现在成本低、适用于多种设备、支持热插拔等方面，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。目前，市场上供应的控制器主要有两种：带接口的单片机（）和纯粹的接口芯片。本文采用公司推出的带智能接口的单片机。该单片机极大地降低了外设的开发难度，为机外设的制造商提供了一个性能优良、价格较低的设计方案。采用接口设计开发的网互联适配器很好地解决了传统适配器由于与互联而造成的速度上的瓶颈。 系统框图及工作原理 系统框图 系统框图如图所示。 互联适配器是网与的接口，在通信过程中起着关键的作用，它既完成了网与的互联，又实现了数据的交换。互联适配器作为网的一个特殊的网络节点通信处理器，能按照协议与总线上所有分

3、布在现场的智能节点进行对等的数据通信，起到上传下达的桥梁作用。当现场的测控设备有数据送到网络上时，互联适配器负责把所有发送给它的信息接收下来，将测控设备发送来的显式报文重新打包装帧，向发送。同时，它将从接收来的已解析的数据按现场总线通信协议构造显式报文，发送给网上的测控设备。 相对系统而言，是主机，互联适配器只是外部设备。在整个系统中只有一个主控制器，即主机（），主机是总线控制者，设备响应主机请求。系统软件设计部分也是针对主机和外部设备这两部分展开的。 工作原理 互联适配器中采用芯片预定义的并口应用模式实现双的通信，并行口的速率可达，实现了高数据速率。 并行应用模式下利用芯片的个口进行通信，其

4、中，为双向数据线，为控制信号线，借助令牌传递握手协议，并行口可用来外接处理器，实现芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通信，在这里采用单片机与芯片互连。主机控制外部设备，通过互联适配器与网各现场节点通信，其实质就是互联适配器中单片机与芯片之间的通信。 并行口的工作方式有三种，即主模式、从模式、从模式。不同的模式下，这三根控制信号线的意义不同，这里应用的是从模式。在从模式中，认为芯片为从，单片机为主，主和从之间的数据传输通过虚拟的写令牌传递协议（）得以实现。主和从交替地获得写令牌（），只有拥有写令牌的一方可以写数据（不超过个字节），或者不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据要遵从一定的格式，即在

5、要传送的数据前面加上命令码和传送的数据长度，命令码有（写数据）、（传递空令牌）、（要求从机同步）、（确认同步）四种，最后以字节结束。在从方式中，整个握手应答协议以及数据传送的实现过程是自动完成的。在通信以前，主和从之间先建立握手信号，即信号有效（这由的固件自动实现）。然后，主再送一个命令，要求从同步，而从接收到这个信号以后，则发送，表示已经同步、可以通信了。同步以后，虚写令牌就在主和从之间无限地、交替地传递，拥有虚写令牌的一方就可以向数据总线上写数据，即主可以往从写数据，从机也可以将数据传往主。 需要特别说明的是，芯片的握手及令牌传递的实现是自动的，但是对于非芯片的微处理器（），就要求编程人员

6、通过编程使非芯片的微处理器能够执行芯片的握手令牌传递算法，也即是复制芯片的行为，从而实现双方的通信。 图2互联适配器硬件结构框图 硬件设计 互联适配器的结构框图如图所示，主要由神经元芯片和单片机组成。 神经元芯片（）是技术的核心?熏芯片中含有协议的固态软件（简称固件），使其能可靠地通信。神经元芯片主要包含和两大系列，由日本东芝公司生产。支持外部存储器，适合更为复杂的应用，而则不支持外部存储器，它本身带。所以，在互联适配器的设计中选用的是，该芯片内有三个微处理器，即处理器、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，使之成为网上的一个特殊的节点，这样它不仅可以与网络上的节点进行

7、通信，还可以作为适配器的协通信处理器。 片内存储器的地址范围是，包括的、的、保留空间和的用于存储器映象的空间。有根地址线，可寻址空间，可以外接存储器，如、或等。由于开发芯片时采用语言，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，而仅仅利用内部的空间是远远不够的，因此扩展了外部存储器和。选用，其地址范围是；选用，其地址范围是。和的地址范围由芯片的地址线和控制线及相关的逻辑门电路来确定。神经元芯片的晶振为。芯片与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（传输速率为）、（传输速率为）两种型号，用于满足不同的通讯要求。这

8、里选用的是。 单片机采用的是系列中具有个引脚的。是互联适配器的主，利用其端口足以完成所需的功能。芯片中包含内部程序数据共?熏不再需要或其它非易失性存储器。主与辅的连接很简单，即与辅的个口进行连接。单片机的口接上辅的，为两个的并行通讯数据端口。单片机的分别接神经元芯片，完成控制功能。再通过引脚和与主机互联。 软件设计 适配器的软件程序设计分为两大块。一块为对主机程序的软件设计，另一块为对外围设备互联适配器程序的软件设计。 主机的软件设计 主机的软件设计主要包括两部分：一是基于的互联适配器的驱动程序。如图所示，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

9、动。这里使用和来完成。 二是通信程序和用户服务程序。用户服务程序通过通信程序与系统()通信，由系统完成协议的处理与数据传输。从逻辑上讲，数据的传输是通过管道进行的。系统软件通过缺省管道（与端点相对应）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，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。提供了个用于块传输的端点，包括个端点()和个端点()。每个端点都有一个字节的缓冲区。块端点无方向控制，一个端点地址对应一个方向，所以端点的地址不同于端点的地址，本适配器就采用这对端点传输数据。其中，端点在系统中有特定含义，它是芯片中

10、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函数()和()的编译器。首先调用()函数，来取得访问设备驱动程序的句柄，()使用设备的链接符作为函数参数。然后调用()函数来提交控制码，并且为()函数返回的设备句柄设置缓冲区。最后，还要调用()关闭设备。其中，最重要的函数是()，它的功能是完成应用程序与驱动程序之间数据的交换。()函数的具体格式为： ( ，外设句柄 ,操作控制代码 ,输入缓冲区指针 ,输入缓冲区大小 ,输出缓冲区指针 ,输出缓冲区大小 ,实际返回的字节数 用于异步操作的结构指针 ）； 外围设备互联适配器的软件设计 这一部分的软件编写也包括两

11、部分。一部分为对主（）的编写。内核功能强大，可以自动完成协议的转换，从而大大简化了的代码。采用语言，并使用的固件函数库和程序框架。框架完成了一个简单的任务循环，用户函数()能够实现外设的功能。因为从（）的并行模式是芯片内部定义的，遵从虚拟的写令牌传递协议，所以需要编写芯片的程序来模拟的并行口的从模式。所以()函数主要完成四项工作：与辅同步、握手、令牌的传送以及并行口数据的读写。 另一部分为从的软件程序的编写，用神经元的编程语言即语言完成。从主要完成将并口得到的报文解析，再利用的消息传送机制，将解析的消息传送给适配器下层的应用节点；同时，还将从适配器下层的应用节点以消息形式传送上来的数据或信息构

12、造成可识别的报文，通过并口传送给。由从机内部定义的与并行对象有关的函数主要有： （）：当并口上有数据传送到来时，此函数值为。此时可调用?穴?雪函数接收数据。 （）：此函数用来向并口总线发出请求以获取令牌。 （）：当并口总线处于可写状态即获取到令牌后，此函数值为，此时可调用（）函数将数据发送到并口。在调用此函数之前应先调用（）。 （）：将并口上的数据接收到缓冲区。 （）：将缓冲区的数据发送到并口总线上。 本文设计的互联适配器在结构上采用双设计，具有结构简单、小型化的特点，非常适合用于测控系统。在软件设计中，突出模块的灵活性，并且内核可以自动完成协议的转换，大大简化了的代码。总之，本适配器具有组态灵活、成本低、可靠性好、通信能力强等优点，在工业控制、楼宇自动化等诸多领域有广阔的应用前景。 第 11 页 共 11 页免责声明：图文来源网络征集，版权归原作者所有。若侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本站联系，我们将及时更正、删除！谢谢！