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基于LonWorks的在系统编程技术
作者:北方交通大学 崔冬建 王立德   发布时间:2007-10-28 08:36:19 来源:电子工程世界/ 繁体版 访问数:

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  引言

  在系统编程(In System Programming)是指在用户设计的目标系统或印刷电路板上为重新配置逻辑,或实现新的功能而对器件进行编程或反复编程。随着EDA工具的普及和ISP器件的日益成熟,ISP技术也得到了越来越广泛的应用。ISP技术的应用使得硬件设计软件化,其显著优势体现在:简化生产流程;利用同一硬件结构实现多种系统功能,使之成多功能硬件;在不特殊电路板资源的情况下进行电路板级测试;边界扫描测试;通过Modem和ISP编程接口实现对系统的远程维护和升级。

  对ISP器件的编程可通过PC机进行,利用1条编程电路(或称下载电缆)将准确定时的编程信号提供给该器件。但是,这种方法不能使各种器件的数据下载脱离EDA工具独立进行,真正意义上的在系统可编程难以实现。对于ISP器件的编程也可以通过微处理器的控制程序实现,这就为基于芯片的LON网络节点提供了应用空间。

  Lon(Local Operating Networks)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络,目前已广泛应用于测控网络中。LonWorks现场总线技术在控制系统 引入了网络的概念。在该技术的基础上,可以方便地实现分布式的网络控制系统,并使得控制系统更高效、更灵活、更易于维护和扩展。利用分布的智能进行在系统编程无需编程电缆,而且能够充分地利用系统资源,简化编程操作,大大拓展了在系统编程技术的应用范围。

  1 基于Neuron芯片的控制节点

  1.1 Neuron芯片简介

  Neuron芯片的LonWorks节点的核心部分,它既能管理通道,同时具有输入/输出以及控制等能力。该芯片主要包括Neuron 3120和3150两大系列。二者的区别是3150芯片中无部ROM,但拥有访问外部存储器的接口,寻址空间可达64KB,可用于开发更为复杂的应用系统,Noeuron芯片内部固化了完整的LonTalk通信协议,确保节点间的可靠通信和互操作。芯片内部有3个8位CPU协调工作,实现Lon节点的通信和控制功能;11个编程I/O口;5个网络通信端口提供3种工作方式;单端方式、差分方式和专用方式。

  1.2 控制节点的硬件结构

  Lon网络节点有2种类型:基于Neuron芯片的节点(Neuron芯片是唯一的处理器)和基于主机的节点(主处理器可以是微控制器、PC机等)。一个典型的现场总线控制节点的基本结构如图1所示,主要包含以下几个部分功能块;应用CPU、I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。无论哪种类型的节点都有1片Neuron芯片用于通信和/或控制、1个I/O接口用于连接1个或多个I/O设备,另外还有1个收发器负责将节点连接上网。

典型的现场总线控制节点的基本结构

  本设计中控制节点的基本结构如图2所法。该节点主要包括Neuron芯片、128KB Flash存储器、10MHz晶振、FTT-10A收发器以及I/O接口、驱动、。Neuron芯片外部扩展了Flash存储器,用于存储固件和用户应用程序。其中固件通过编程器下载,而应用程序的下载可以使用编程器,还可以使用网络管理工具经Lon网络下载,这样,CPLD的重新配置就能够通过Lon网络方便快捷地进行。5根在系统编程控制的ispEN、MODE、SDI、SCLK以太SDO占用Neuron芯片的5个I/O口。Neuron芯片I/O口本身的驱动能力是不够的,需要使用74HC367或74HC244增强信号驱动能力,并使用适当的阻容网络给信号线滤波,增强抗干扰能力。

本设计中控制节点的基本结构

  2 在系统编程的软件实现

  2.1 以Lattic公司的ispLSI这种CPLD器件为例,器件内需要编程的E2COMS单元阵列如图2所示。

  E2COMS元件按行和列排成阵列。地址移位寄存器指明当前的编程行数,而数据移位寄存器装载将要写入该行的数据。数据移位寄存器分为低段数据寄存器高段数据寄存器,低段与高段的数据分别装入。编程时先将欲写放某行的数据串行移入数据移位寄存器,并将地址移位寄存器中与该行对应的位置置1(其余位置置0),让该行被选中,在编程脉冲的作用下将水平移位寄存器中数据写入该行。然后将地址移位寄存器移动1位,使阵列的下行被选中并将水平寄存器中装入下一行的编程数据,依此类推。 本文相关DataSheet:        
  JEDEC(熔丝图)文件是电子器件工程联合会所制定的文件器件编程信息的标准格式计算机文件,编程信息用ASCII码表示。Lattice公司定义了一种专用用于操作的数据格式,即ISP数据流文件(ispSTREAM),原来的一个ASCII码只用1bit表示,大大减小了数据文件的存储空间。因此,执行在系统编程之前,首先使用ispCODE软件来实现这一数据转换,形成易于与 C语言源代码相融合的ispSTREAM文件。

  
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