专利名称：现场总线外围设备主站的软件实现方法
技术领域：
本发明属于计算机现场总线外围设备领域，尤其涉及一种现场总线外围设备主站的软件实现方法。
在目前的现场总线外围设备主站，即PROFIBUS-DP主站，均采用专用协议芯片，大多为SIEMENS制造的协议芯片ASPC2，在此协议芯片中，集成了全部EN50170层1和层2协议。但是，采用此种方法实现PROFIBUS-DP主站，运行成本很高。
本发明的目的是提供一种能够代替专用协议芯片，降低运行成本的现场总线外围设备主站的软件实现方法。
本发明的技术方案是一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法，其特征是(1)在DSP数字信号处理器中，集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站连接，同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM，其中总线接口包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器、总线接口及驱动装置和双口RAM共同构成通讯卡，DSP数字信号处理装置通过UART发送和接收总线上的数据；DSP数字信号处理器通过双口RAM与用户交互，双口RAM有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；为了实现PROFIBUS-DP主站自动机的主要功能，DSP数字信号处理器，还需要运行一些辅助程序，这些辅助程序包括定时器和启动逻辑程序、邮箱命令执行程序；(2)通过运行DSP数字信号处理器内的程序，就可以达到PROFIBUS-DP软件实现的功能，其具体工作步骤是1)系统上电，用户根据通讯系统的组态，向邮箱输入供通讯卡运行的数据集，同时，DSP开始循环执行主自动机及定时、启动逻辑程序和邮箱命令执行器程序；①主自动机首先首先进行初始化过程，即主自动机首先设置为离线状态，并在此状态下，读取用户输入到邮箱中的数据集，为通讯作准备；
②在主自动机初始化时，同时循环执行定时器和启动逻辑程序，软件利用定时器和启动逻辑程序，第一个用途是产生若干软定时器，为主自动机的运行提供软件定时器，第二个用途是维护独立于任何软件部件运行的看门狗，以检测各个软件的运行情况，看门狗检测到程序运行出现差错时，将重新启动程序的运行；③主自动机读取完用户通过邮箱输入的数据集后，主自动机的初始化过程结束，读取完数据集，就可以进行随机通讯和与从站的循环数据交换工作；2)主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；①随机通讯状态主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有数据重发、剩余时间检查、参数设置、设置从站地址、请求组态数据、读取输入数据、读取输出数据、发送全局控制命令；②循环数据交换状态在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断、传参数、查组态、再诊断、数据交换、几个步骤，在进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。
本发明的工作原理是PROFIBUS-DP主站的软件实现，不采用协议芯片，而是采用软件方式，在高速数字信号处理器DSP中，集成PROFIBUS-DP一类主站的全部协议，并实现了二类主站的部分功能，完全可以替代专用协议芯片。软件的核心部位是一个有限自动机，与通讯卡的任务相对应，自动机的状分为不同的状态群，自动机通过在状态图上行走来完成各种任务，图的状态是根据通讯卡的任务来设置的，与任务相对应，可以归为不同的状态群。软件的任务有数据下装、随机通讯和数据交换三项内容(1)通讯需要一个大的数据集才能进行，软件的第一个任务就是数据下装，以得到通讯所用的数据集。用户根据通讯系统的组态，形成一个供通讯卡运行的大的数据集，然后按照一定的步骤将这个数据集分块送到双口RAM的邮箱，通讯卡将接收到的数据块拼接起来，复原这个数据集。在复原的同时，将数据集中有用的信息记录下来，为通讯作好准备，得到数据集和运行信息之后，通讯卡就可以通讯了，DP是令牌总线协议，本软件采用单主系统，随机通讯和数据交换是通讯的主题内容。
(2)在通讯卡通讯时，用户可以将一个通讯请求放入命令邮箱，通讯卡执行这个请求，然后将响应结果放入响应邮箱，这就是随机通讯。
(3)通讯卡的最重要的内容是与从站的数据交换，数据集中拥有与从站数据交换的所有信息，包括参数、组态、输入输出的首址和长度、诊断数据的地址等。数据交换是通讯卡根据这些信息自动进行的，其最终的目的是建立与所述从站间的循环数据交换，在进行数据交换支前，要经历诊断、传参数、检查组态、再诊断、数据交换几个步骤。在进入数据交换之后若从站有诊断信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入数据交换状态，然后在恢复数据交换。若在整个过程中有错误，从站自动机会重新开始初始化过程。
本发明的效果是采用软件实现PROFIBUS-DP主站协议，可以代替专用协议芯片，因此，能够降低开发成本，实现自主开发。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的硬件框图；图2是本发明的主程序流程图；图3是本发明的主自动机程序流程图；图4是本发明的定时器和启动逻辑程序流程图；图5是本发明的邮箱命令执行器流程图。
图1中，在DSP数字信号处理器1中，集成PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站2连接，同时外接总线接口及驱动装置3和双口RAM4，其中总线接口及驱动装置3包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器1、总线接口及驱动装置3和双口RAM4共同构成通讯卡5，DSP数字信号处理装置1通过UART发送和接收总线上的数据，发送时软件将发送缓冲区中准备好的一桢数据连续地写往UART的输出保存寄存器，而UART将每个字节加上一个起始位，一个偶校验位和一个停止位，然后转换成串行输出到线路上，接收时，UART将收到的每个字节都压入FIFO，软件则及时地将收到的字节取走，经过分析后放入接收缓冲区中；DSP数字信号处理器1通过双口RAM4与用户交互，双口RAM4有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；图2中，主自动机首先判断初始化是否完毕；如果初始化完毕，则执行主自动机程序，执行完主自动机程序后，执行定时和启动逻辑程序；如果初始化没有完毕，则执行定时器及启动逻辑程序；执行完定时器及启动逻辑程序后，再重新运行主自动机程序；
图3中，主自动机程序流程图，主自动机开始处于离线状态，在此状态下，进行数据集的离线下装，读取用户通过邮箱输入的数据集，数据集中拥有与从站数据交换的所有信息，包括参数数据、组态数据、输入输出数据的首址和长度、诊断数据的地址带等，为通讯做好准备，主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；随机通讯和数据交换是通讯的主题内容随机通讯状态(FDL-STATE-USE-TOKEN HIGH)主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有数据重发(FDL-STATE-REPEAT-HIGH)、剩余时间检查(FDL-STATE-CHECK-ACCESS-TIME-HIGH)、参数设置(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-PRM)、设置从站地址(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-SET-SLAVE-ADD)、请求组态数据(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GET-CFG)、读取输入数据(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-RD-INP)、读取输出数据(FDL-AWAIT-HIGH-RD-OUTP)、发送全局控制命令(FDL-STATE-AWAIT-HIGH-GLOBAL-CONTRAL)；循环数据交换状态(FDL-STATE-USE-TOKEN-LOW)在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG)、传参数(FDL-STATE-AWAIT-LOW-PRM)、查组态(FDL-STATE-AWAIT-LOW-CFG)、再诊断(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DIAG2)、数据交换(FDL-STATE-AWAIT-LOW-DATA-IN、FDL-STATE-AWAIT-LOW-NO-DATA-IN)几个步骤，再进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。
图4中，定时器和启动逻辑程序，首先维护各个软定时器；然后判断看门狗是否有动作，程序执行过程中，如果出现死机等故障时，看门狗就会发生动作，进行启动程序，如果看门狗有动作，则此次程序结束；如果看门狗没有动作，则继续判断是否要启动系统启动(BOOT-START)程序，如果需要启动，则启动BOOT-START，启动BOOT-START后结束，如果不需要启动BOOT-START，则继续判断是否需要运行冷启动(COLD-START)，如果需要启动冷启动，则启动冷启动，程序结束，如果不需要启动冷启动，则进一步判断是否需要启动热启动(WARM-START)，如果需要，则启动热启动，如果不需要，则程序结束。
图5中，邮箱命令执行器程序，首先判断主自动机是否处于OFFLINE状态，如果主自动机是处于OFFLINE状态，则检查从站和总线参数是否存在，如果参数存在，则程序结束；如果参数不存在，或者参数不全，则执行下装从站参数、装载从站参数、下装总线参数、装载总线参数；如果主自动机不是处于OFFLINE状态，则进一步判断是否有随机通讯任务，如果有随机通讯任务，则处理随机通讯任务，处理完随机通讯任务后结束，如果没有随机通讯任务，则返回循环执行上述步骤。
权利要求
1.一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法，其特征是(1)在DSP数字信号处理器中，集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS-DP主站的所有协议，与PROFIBUS-DP从站连接，同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM，其中总线接口包括一个有大输入输出FIFO的UART，DSP数字信号处理器、总线接口及驱动装置和双口RAM共同构成通讯卡，DSP数字信号处理器通过UART发送和接收总线上的数据；DBP数字信号处理器通过双口RAM与用户交互，双口RAM有两个重要的数据区域，一个是邮箱，另一个数据交换区，在通讯时，用户和通讯卡通过邮箱传递命令和响应，通过数据交换区传递输入输出数据，同时邮箱还是数据集下装的通道；为了实现PROFIBUS-DP主站自动机的主要功能，DSP数字信号处理器，还需要运行一些辅助程序，这些辅助程序包括定时器和启动逻辑程序、邮箱命令执行程序；(2)通过运行DBP数字信号处理器内的程序，就可以达到PROFIBUS-DP主站软件实现的功能，其具体工作步骤是1)系统上电，用户根据通讯系统的组态，向邮箱输入供通讯卡运行的数据集，同时，DBP开始循环执行主自动机及定时、启动逻辑程序和邮箱命令执行器程序；①主自动机首先首先进行初始化过程，即主自动机首先设置为离线状态，并在此状态下，读取用户输入到邮箱中的数据集，为通讯作准备；⑦在主自动机初始化时，同时循环执行定时器和启动逻辑程序，软件利用定时器和启动逻辑程序，第一个用途是产生若干软定时器，为主自动机的运行提供软件定时器，第二个用途是维护独立于任何软件部件运行的看门狗，以检测各个软件的运行情况，看门狗检测到程序运行出现差错时，将重新启动程序的运行；③主自动机读取完用户通过邮箱输入的数据集后，主自动机的初始化过程结束，读取完数据集，就可以进行随机通讯和与从站的循环数据交换工作；2)主自动机根据读取用户通过邮箱输入的数据集，可以进行两种工作状态，即主动站和侦听站，如果是主动站则进行随机通讯，如果是侦听站则接收总线上的数据；①随机通讯状态主要进行随机通讯任务，执行用户通过邮箱发出的通讯命令，包括的状态有数据重发、剩余时间检查、参数设置、设置从站地址、请求组态数据、读取输入数据、读取输出数据、发送全局控制命令；②循环数据交换状态在此状态下，执行主自动机与从站循环数据交换，在主自动机与从站进行数据交换之前，要经历诊断、传参数、查组态、再诊断、数据交换、几个步骤，在进入数据交换之后，若从站有诊断的信息，会利用数据交换的机会通知通讯卡，通讯卡会临时进入诊断状态，然后再回复数据交换，若在整个过程中有错误，从站会重新开始初始化过程。
全文摘要
本发明公开了一种现场总线分散外围设备主站的软件实现方法,其特征是:在DSP数字信号处理器中,集成现场总线分散外围设备即PROFIBUS－DP主站的所有协议,与PROFIBUS－DP从站连接,同时外接总线接口及驱动装置和双口RAM,通过运行DSP数字信号处理器内的程序,就可以达到PROFIBUS－DP主站软件实现的功能,采用软件实现PROFIBUS－DP主站协议,可以代替专用协议芯片,因此,能够降低开发成本,实现自主开发。
文档编号G06F9/48GK1298150SQ0013627
公开日2001年6月6日 申请日期2000年12月26日 优先权日2000年12月26日
发明者郝莉 申请人:北京和利时系统工程股份有限公司