ＬｏｎＷｏｒｋｓ技能是美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司于上世纪９０年代初推出的一种现场总线技能。ＬＯＮ（Ｌｏｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）的意思为部分操作网络，它是用于开发监控网络体系的一个完好的技能渠道，ＬｏｎＷｏｒｋｓ现场总线在网络通讯方面具有杰出的长处，作为现场总线中的佼佼者在国内各个范畴的测控体系中广泛盛行。
通用串行总线（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ，即ＵＳＢ）是一种快速、灵敏的总线接口。与其它通讯接口比较，ＵＳＢ总线接口最大的特色是易于运用，这首要表现在成本低、适用于多种设备、支撑热插拔等方面，而且一切的装备进程都由体系主动完结，无需用户干涉。现在，市场上供给的ＵＳＢ操控器首要有两种：带ＵＳＢ接口的单片机（ＭＣＵ）和朴实的ＵＳＢ接口芯片。本文选用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司推出的带智能ＵＳＢ接口的ＥＺ－ＵＳＢ单片机。该单片机极大地降低了ＵＳＢ外设的开发难度，为ＰＣ机外设的制造商供给了一个功用优秀、价格较低的规划方案。选用ＵＳＢ接口规划开发的ＬＯＮ网互联适配器很好地处理了传统适配器由于ＲＳ－２３２与ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ互联而形成的速度上的瓶颈。
１ 体系框图及作业原理
１．１体系框图
体系框图如图１所示。
互联适配器是ＬＯＮ网与ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ的接口，在通讯进程中起着要害的效果，它既完结了ＬＯＮ网与ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ的互联，又完结了数据的交流。互联适配器作为ＬＯＮ网的一个特别的网络节点——通讯处理器，能依照ＬｏｎＴａｌｋ协议与ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线上一切散布在现场的智能节点进行对等的数据通讯，起到上传下达的桥梁效果。当现场的测控设备有数据送到ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络上时，互联适配器担任把一切发送给它的信息接纳下来，将测控设备发送来的ＬｏｎＴａｌｋ显式报文从头打包装帧，向ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ发送。一起，它将从ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ接纳来的已解析的数据按ＬｏｎＷｏｒｋｓ现场总线通讯协议结构ＬｏｎＴａｌｋ显式报文，发送给ＬｏｎＷｏｒｋｓ网上的测控设备。
相对ＵＳＢ体系而言，ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ是ＵＳＢ主机，互联适配器只是ＵＳＢ外部设备。在整个ＵＳＢ体系中只要一个主操控器，即主机（ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ），主机是总线操控者，ＵＳＢ设备呼应主机恳求。体系软件规划部分也是针对主机和外部设备这两部分打开的。
１．２ 作业原理
互联适配器中选用Ｎｅｕｒｏｎ芯片预界说的并口Ｉ／Ｏ运用方式完结双ＣＰＵ的通讯，并行口的速率可达３．３Ｍｂｐｓ，完结了高数据速率。
并行Ｉ／Ｏ运用方式下运用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１个Ｉ／Ｏ口进行通讯，其间，ＩＯ０～ＩＯ７为双向数据线，ＩＯ８～ＩＯ１０为操控信号线，凭借令牌传递／握手协议，并行Ｉ／Ｏ口可用来外接处理器，完结Ｎｅｕｒｏｎ芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通讯，在这儿选用ＥＺ－ＵＳＢ单片机与Ｎｅｕｒｏｎ芯片互连。主机ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ操控ＵＳＢ外部设备，经过互联适配器与ＬＯＮ网各现场节点通讯，其实质便是互联适配器中ＥＺ－ＵＳＢ单片机与Ｎｅｕｒｏｎ芯片之间的通讯。
并行口的作业方法有三种，即主方式、从Ａ方式、从Ｂ方式。不同的方式下，ＩＯ８～ＩＯ１０这三根操控信号线的意义不同，这儿运用的是从Ａ方式。在从Ａ方式中，以为Ｎｅｕｒｏｎ芯片为从ＣＰＵ，ＥＺ－ＵＳＢ单片机为主ＣＰＵ，主ＣＰＵ和从ＣＰＵ之间的数据传输经过虚拟的写令牌传递协议（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｗｒｉｔｅ Ｔｏｋｅｎ－Ｐａｓｓｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）得以完结。主ＣＰＵ和从ＣＰＵ替换地获得写令牌（Ｗｒｉｔｅ Ｔｏｋｅｎ），只要具有写令牌的一方能够写数据（不超越２５５个字节），或许不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据要遵照必定的格局，即在要传送的数据前面加上指令码和传送的数据长度，指令码有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（写数据）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（传递空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求从机同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（承认同步）四种，最终以ＥＯＭ字节完毕。在从Ａ方法中，整个握手／应对协议以及数据传送的完结进程是主动完结的。在通讯曾经，主ＣＰＵ和从ＣＰＵ之间先树立握手信号，即ＨＳ信号有用（这由３１５０的固件主动完结）。然后，主ＣＰＵ再送一个ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ指令，要求从ＣＰＵ同步，而从ＣＰＵ接纳到这个信号今后，则发送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ，表明现已同步、能够通讯了。同步今后，虚写令牌就在主ＣＰＵ和从ＣＰＵ之间无限地、替换地传递，具有虚写令牌的一方就能够向数据总线上写数据，即主ＣＰＵ能够往从ＣＰＵ写数据，从机也能够将数据传往主ＣＰＵ。
需求特别阐明的是，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的握手及令牌传递的完结是主动的，可是关于非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微处理器（ＥＺ－ＵＳＢ），就要求编程人员经过编程使非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微处理器能够履行Ｎｅｕｒｏｎ芯片的握手／令牌传递算法，也便是仿制Ｎｅｕｒｏｎ芯片的行为，然后完结两边的通讯。
图2 互联适配器硬件结构框图
２ 硬件规划
互联适配器的结构框图如图２所示，首要由神经元芯片和ＥＺ－ＵＳＢ单片机组成。
神经元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技能的中心?熏 芯片中含有Ｌｏｎｔａｌｋ协议的固态软件（简称固件），使其能可靠地通讯。神经元芯片首要包含ＴＭＰＮ３１５０和ＴＭＰＮ３１２０两大系列，由日本东芝公司出产。ＴＭＰＮ３１５０支撑外部存储器，合适更为杂乱的运用，而ＴＭＰＮ３１２０则不支撑外部存储器，它本身带ＲＯＭ。所以，在互联适配器的规划中选用的是ＴＭＰＮ３１５０，该芯片内有三个微处理器，即ＭＡＣ处理器、网络处理器和运用处理器。对神经元芯片进行外围电路的规划和扩展，使之成为ＬｏｎＷｏｒｋｓ网上的一个特别的ＬＯＮ节点，这样它不仅能够与ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络上的ＬＯＮ节点进行通讯，还能够作为适配器的协通讯处理器。
ＴＭＰＮ３１５０片内存储器的地址规模是Ｅ８００Ｈ～ＦＦＦＦＨ，包含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，能够外接存储器，如ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ等。由于开发Ｎｅｕｒｏｎ芯片时选用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ言语，内存占用大，别的其作为通讯协议处理器运用要求有很多的数据缓冲区进行数据交流，而只是运用３１５０内部的２ＫＲＡＭ空间是远远不够的，因而扩展了外部存储器ＦＬＡＳＨ和ＲＡＭ。ＦＬＡＳＨ选用ＡＴ２９Ｃ５１２，其地址规模是００００Ｈ～７ＦＦＦＨ；ＲＡＭ选用ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ，其地址规模是８０００Ｈ～ＤＦＦＦＨ。ＡＴ２９Ｃ５１２和ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ的地址规模由Ｎｅｕｒｏｎ芯片的地址线和操控线Ｅ及相关的逻辑门电路来确认。神经元芯片的晶振为１０ＭＨｚ。Ｎｅｕｒｏｎ芯片与ＬＯＮ的网络介质的接口选用上海工业主动化外表研究所出产的双绞线收发器。收发器按其传输速率能够分为ＴＰＴ／ＸＦ－７８（传输速率为７８ｋｂｐｓ）、ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０（传输速率为１．２５Ｍｋｂｐｓ）两种类型，用于满意不同的通讯要求。这儿选用的是ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０。
ＥＺ－ＵＳＢ单片机选用的是ＥＺ－ＵＳＢ２１００系列中具有４４个引脚的ＡＮ２１３１Ｓ。ＡＮ２１３１Ｓ是互联适配器的主ＣＰＵ，运用其Ｉ／Ｏ端口足以完结所需的功用。ＥＺ－ＵＳＢ芯片中包含内部程序／数据ＲＡＭ共８ＫＢ?熏不再需求ＲＯＭ或其它非易失性存储器。主ＣＰＵ与辅ＣＰＵ的衔接很简略，即与辅ＣＰＵ的１１个Ｉ／Ｏ口进行衔接。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别离接神经元芯片ＩＯ８～ＩＯ１０，完结操控功用。ＡＮ２１３１Ｓ再经过引脚ＵＳＢＤ＋和ＵＳＢＤ－与主机ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ互联。
３ 软件规划
适配器的软件程序规划分为两大块。一块为对主机ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ程序的软件规划，另一块为对外围ＵＳＢ设备——互联适配器程序的软件规划。
３．１ ＵＳＢ主机的软件规划
主机的软件规划首要包含两部分：一是根据ＵＳＢ的互联适配器的驱动程序。如图３所示，ＵＳＢ通讯运用分层驱动模型，每层处理一部分通讯进程，这样能够使不同设备在一些使命上运用相同的驱动。这儿运用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷＤＭ ＤＤＫ和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０来完结。
二是ＵＳＢ通讯程序和用户服务程序。用户服务程序经过ＵＳＢ通讯程序与体系ＵＳＢＤＩ(ＵＳＢ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)通讯，
由体系完结ＵＳＢ协议的处理与数据传输。从逻辑上讲，ＵＳＢ数据的传输是经过管道进行的。ＵＳＢ体系软件经过缺省管道（与端点０相对应）办理设备，设备驱动程序经过其它的管道来办理设备的功用接口。为了满意不同外设和用户的要求，ＵＳＢ供给了四种传输方法：操控传输、同步传输、中止传输和块传输。本体系运用的是块传输。ＥＺ－ＵＳＢ供给了１６个用于块传输的端点，包含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。块端点无方向操控，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，本适配器就选用这对端点传输数据。其间，端点０在ＵＳＢ体系中有特定意义，它是ＥＺ－ＵＳＢ芯片中仅有的操控端点，用于传输操控信息。
开发能够拜访互联适配器的运用程序，可运用任何一个支撑ｗｉｎ３２函数ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()的编译器。首要调用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()函数，来获得拜访设备驱动程序的句柄，ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()运用设备的链接符作为函数参数。然后调用ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()函数来提交Ｉ／Ｏ操控码，而且为ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()函数回来的设备句柄设置 Ｉ／Ｏ缓冲区。最终，还要调用ＣｌｏｓｅＨａｎｄｌｅ()封闭设备。其间，最重要的函数是ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()，它的功用是完结运用程序与驱动程序之间数据的交流。ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()函数的详细格局为：
ＢＯＯＬ ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ(
ＨＡＮＤＬＥ ｈＤｅｖｉｃｅ， ／／外设句柄
ＤＷＯＲＤ ｄｗＩｏＣｏｎｔｒｏｌＣｏｄｅ, ／／Ｉ／Ｏ操作操控代码
ＬＰＶＯＩＤ ＩｐＩｎＢｕｆｆｅｒ, ／／输入缓冲区指针
ＤＷＯＲＤ ｎＩｎＢｕｆｆｅｒＳｉｚｅ, ／／输入缓冲区巨细
ＬＰＶＯＩＤ ＩｐＯｕｔＢｕｆｆｅｒ, ／／输出缓冲区指针
ＤＷＯＲＤ ｎＯｕｔＢｕｆｆｅｒＳｉｚｅ, ／／输出缓冲区巨细
ＬＰＤＷＯＲＤ ＩｐＢｙｔｅｓＲｅｔｕｒｎｅｄ, ／／实践回来的字节数
ＬＰＯＶＥＲＬＡＰＰＥＤ ＩｐＯｖｅｒＬａｐｐｅｄ ／／用于异步操作的结构指针
）；
３．２ 外围ＵＳＢ设备——互联适配器的软件规划
这一部分的软件编写也包含两部分。一部分为对主ＣＰＵ（ＥＺ－ＵＳＢ）的编写。ＵＳＢ内核功用强大，能够主动完结ＵＳＢ协议的转化，然后大大简化了８０５１的代码。选用Ｃ５１言语，并运用ＥＺ－ＵＳＢ的固件函数库和程序结构。结构完结了一个简略的使命循环，用户函数ＴＤ＿Ｐｏｌｌ()能够完结ＵＳＢ外设的功用。由于从ＣＰＵ（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）的并行方式是芯片内部界说的，遵照虚拟的写令牌传递协议，所以需求编写芯片ＥＺ－ＵＳＢ的程序来模仿３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的从Ａ方式。所以ＴＤ＿Ｐｏｌｌ()函数首要完结四项作业：与辅ＣＰＵ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ＣＰＵ的软件程序的编写，用神经元的编程言语即Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ言语完结。从ＣＰＵ首要完结将并口得到的报文解析，再运用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的音讯传送机制，将解析的音讯传送给适配器基层的运用节点；一起，还将从适配器基层的运用节点以音讯方式传送上来的数据或信息构形成ＥＺ－ＵＳＢ可辨认的报文，经过并口传送给ＥＺ－ＵＳＢ。由从机内部界说的与并行Ｉ／Ｏ目标有关的函数首要有：
ｉｏ＿ｉｎ＿ｒｅａｄｙ（）：当并口上有数据传送到来时，此函数值为ＴＲＵＥ。此刻可调用ｉｏ＿ｉｎ?穴?雪函数接纳数据。
ｉｏ＿ｏｕｔ＿ｒｅｑｕｅｓｔ（）：此函数用来向并口总线宣布恳求以获取令牌。
ｉｏ＿ｏｕｔ＿ｒｅａｄｙ（）：当并口总线处于可写状况即３１５０获取到令牌后，此函数值为ＴＲＵＥ，此刻可调用ｉｏ＿ｏｕｔ（）函数将数据发送到并口。在调用此函数之前应先调用ｉｏ＿ｏｕｔ＿ｒｅｑｕｅｓｔ（）。
ｉｏ＿ｉｎ（）： 将并口上的数据接纳到缓冲区。
ｉｏ＿ｏｕｔ（）：将缓冲区的数据发送到并口总线上。
本文规划的互联适配器在结构上选用双ＣＰＵ规划，具有结构简略、小型化的特色，十分合适用于测控体系。在软件规划中，杰出模块的灵敏性，而且ＵＳＢ内核能够主动完结ＵＳＢ协议的转化，大大简化了８０５１的代码。总归，本适配器具有组态灵敏、成本低、可靠性好、通讯能力强等长处，在工业操控、楼宇主动化等许多范畴有宽广的运用远景。
