80C166單片機(jī)PEC服務(wù)的PROFIBUS-FDL從站協(xié)議實(shí)現(xiàn)

C166單片機(jī)PEC服務(wù)的PROFIBUS-FDL從站協(xié)議實(shí)現(xiàn)摘要:在詳盡西門子８０Ｃ１６６單片機(jī)ＰＥＣ服務(wù)工作機(jī)制和ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀格式的根底上,提出了基于該種單片機(jī)ＰＥＣ服務(wù)機(jī)制的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法,并在實(shí)際工作中得到成功應(yīng)用.關(guān)鍵詞:８０Ｃ１６６ＰＥＣ服務(wù)ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ

當(dāng)前工業(yè)設(shè)備制造技術(shù)正向高性能、專用化、分布式、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展.以前,大量使用ＰＬＣ實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng),實(shí)踐證明雖然安全可靠,但由于ＰＬＣ本身的技術(shù)原因,很難到達(dá)更迅速的實(shí)時(shí)控制要求它們正被高性能的嵌入式專用控制器替代.這種專用控制器的設(shè)計(jì),可以進(jìn)一步提升設(shè)備的控制性能;引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),保證專用控制器的系統(tǒng)可集成性,以適應(yīng)當(dāng)前分布式、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用趨勢(shì).

本文是在研制棒材生產(chǎn)線飛剪的專用控制器時(shí)涉及的一個(gè)子課題.為保證該控制器能與現(xiàn)有ＰＬＣ網(wǎng)連接以及與遠(yuǎn)程操作站通信,在幾乎不增多硬件的根底上,利用核心ＣＰＵ——西門子８０Ｃ１６６所具有的一個(gè)相似ＤＭＡ的功能高效率地實(shí)現(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議.

１西門子８０Ｃ１６６單片機(jī)

８０Ｃ１６６單片機(jī)是西門子Ｃ１６６系列１６位嵌入式微控制器的第一代產(chǎn)品.其體系構(gòu)造如圖１所示.它結(jié)合ＲＩＳＣ處理器的優(yōu)勢(shì),克服了ＣＩＳＣ處理器在嵌入式應(yīng)用中的瓶頸;在２５ＭＨｚ時(shí)鐘頻率下,可到達(dá)１２.５ＭＩＰＳ,幾乎所有的指令執(zhí)行時(shí)間小于８０ｎｓ;在指令處理上,采用四級(jí)指令流水線管道構(gòu)造;在存儲(chǔ)管理上,統(tǒng)一線性地址空間可達(dá)２５６ＫＢ,具有段代碼、頁(yè)數(shù)據(jù)式管理機(jī)制;采用存放器池,上下文切換時(shí)間只要８０ｎｓ;１６位乘法４００ｎｓ,３２位除法８００ｎｓ,間斷響應(yīng)時(shí)間最慢４００ｎｓ;外部事件控制器ＰＥＣ服務(wù)具有好似ＤＭＡ的功能,可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸;豐富的在片外設(shè):１ＫＢＲＡＭ、１０路Ａ／Ｄ、７６路Ｉ／Ｏ、７個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、１６個(gè)比較／捕獲單元、２個(gè)串行通信接口、在片的ＷＡＴＣＨＤＯＧ等.

圖1西門子80C166體系構(gòu)造

２８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)

２.１８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)機(jī)制

ＰＥＣ是外部事件控制器的英文縮寫.ＰＥＣ服務(wù)是８０Ｃ１６６提供的一種特殊數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制.其目的是在原有的間斷控制器根底上,用較小的硬件代價(jià)、盡或者少占用途理機(jī)周期實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外部設(shè)備的迅速數(shù)據(jù)交換雷同ＤＭＡ,但無(wú)需專用的ＤＭＡ控制器.８０Ｃ１６６有８路ＰＥＣ服務(wù)通道.用ＰＥＣ服務(wù)開展一次數(shù)據(jù)傳輸,僅占用途理機(jī)一個(gè)機(jī)器周期２０ＭＨｚ時(shí)１００ｎｓ,且不影響當(dāng)前程序的執(zhí)行.

２.２ＰＥＣ服務(wù)的工作過(guò)程

通常,當(dāng)普通間斷事件發(fā)生時(shí),系統(tǒng)將保存當(dāng)前ＣＰＵ狀況ＰＳＷ和程序的地址;然后,憑據(jù)不同的間斷源,開展上下文切換,裝載相應(yīng)的間斷矢量,執(zhí)行相應(yīng)的間斷服務(wù)程序;執(zhí)行完后,恢復(fù)被間斷程序的上下文,繼續(xù)執(zhí)行被間斷程序.

對(duì)于某一ＰＥＣ服務(wù),它老是與一具體間斷源、間斷矢量或間斷服務(wù)相連系.在８０Ｃ１６６中,當(dāng)一個(gè)間斷的間斷優(yōu)先級(jí)為最高級(jí)１４或１５且定義了與之有關(guān)聯(lián)的ＰＥＣ服務(wù)通道時(shí),該間斷就具有ＰＥＣ服務(wù)功能.這時(shí),當(dāng)該間斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí),將不觸發(fā)間斷服務(wù)程序的執(zhí)行,而是觸發(fā)ＰＥＣ服務(wù).當(dāng)ＰＥＣ服務(wù)經(jīng)過(guò)設(shè)定的若干次的外部事件觸發(fā)后,再觸發(fā)執(zhí)行相應(yīng)的間斷服務(wù)程序(一個(gè)普通間斷過(guò)程).

如圖２所示.一次ＰＥＣ服務(wù)的工作過(guò)程是由ＰＥＣ控制存放器定義的,其中計(jì)數(shù)位域(８位傳送計(jì)數(shù)器)ＣＯＵＮＴ定義了ＰＥＣ服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù);源指針、目的指針指明具體的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)源和目的;ＰＥＣ服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程完全由硬件執(zhí)行:當(dāng)間斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí),由硬件將源指針?biāo)竼卧膬?nèi)容傳給目的指針?biāo)傅膯卧?然后由ＰＥＣ控制存放器相應(yīng)定義位控制是源指針還是目的指針增多１或２,同時(shí)ＣＯＵＮＴ值減１;當(dāng)多次間斷請(qǐng)求使ＣＯＵＮＴ減為０時(shí),ＰＥＣ服務(wù)完成,觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的間斷服務(wù)程序.

２.３ＰＥＣ服務(wù)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

以串口接收一幀１６字節(jié)的數(shù)據(jù)為例.若采用傳統(tǒng)的串口接收方式,每接收到一字節(jié),形成一個(gè)間斷;在間斷服務(wù)程序中,要將它從串口接收緩沖器中取出,順序放到幀接收緩沖區(qū)相應(yīng)單元中;當(dāng)接收滿１６字節(jié)后,開展幀處理.

如果采用ＰＥＣ服務(wù)的方式,只要事先定義好ＰＥＣ通道就可以了.最初,定義串口接收間斷優(yōu)先級(jí)為１４或１５以及與之有關(guān)聯(lián)的ＰＥＣ通道.即定義相應(yīng)ＰＥＣ通道控制存放器為:ＣＯＵＮＴ為１６字節(jié)傳輸,源指針為串口接收緩沖器,目的指針為幀接收緩沖區(qū)首址且每次傳輸完成后,目的指針加１.如此,串口每接收到一字節(jié),將觸發(fā)一次ＰＥＣ服務(wù),由硬件將數(shù)據(jù)從串口接收緩沖器中取出,順序放到幀接收緩沖區(qū)相應(yīng)單元中,但當(dāng)前執(zhí)行的程序并不被間斷;當(dāng)１６字節(jié)完全接收完成后,觸發(fā)串口接收間斷服務(wù)程序,開展幀的處理.

與傳統(tǒng)的串口接收方式相比較,ＰＥＣ服務(wù)方式在開展數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不間斷當(dāng)前程序的執(zhí)行,因此節(jié)省了大量的上下文切換時(shí)間,處理機(jī)效率得到大大升高.

下面鉆探采用８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)實(shí)現(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的方法.

３ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀構(gòu)造

３.１ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀構(gòu)造

ＰＲＯＦＩＢＵＳ幀的格式有多種形式,但對(duì)于從站來(lái)說(shuō),只要處理三種幀即可.

.無(wú)數(shù)據(jù)且長(zhǎng)度固定的幀:

.帶數(shù)據(jù)域且長(zhǎng)度固定的幀:

.帶數(shù)據(jù)域且長(zhǎng)度可變的幀:

其中,各字段說(shuō)明如下:

ＳＤ１:無(wú)數(shù)據(jù)幀的開始定界符,＃１０Ｈ;

ＳＤ２:可變長(zhǎng)度幀的開始定界符,＃６８Ｈ;

ＳＤ３:固定長(zhǎng)度幀的開始定界符,＃Ａ２Ｈ;

ＥＤ:結(jié)束定界符,＃１６Ｈ;

ＬＥ與ＬＥｒ:ＬＥ與ＬＥｒ一樣,都表示長(zhǎng)度占一個(gè)字節(jié),它是ＤＡ＋ＳＡ＋ＦＣ＋ＤＡＴＡ－ＵＮＩＴ的字節(jié)數(shù)總數(shù);

ＤＡ與ＳＡ:ＤＡ目的站地址與ＳＡ源站地址各占一個(gè)字節(jié);

ＦＣＳ:校驗(yàn)段,占一個(gè)字節(jié),它采用不計(jì)進(jìn)位的求和運(yùn)算得到校驗(yàn)碼.校驗(yàn)域?yàn)椋模粒樱粒疲茫模粒裕粒眨危桑?

ＦＣ:幀控制字字段,占一個(gè)字節(jié);

ＳＹＮ:同步字段,至少３３空閑位(邏輯電平１),但僅在請(qǐng)求幀及令牌幀前出現(xiàn),不允許在字符之間出現(xiàn).

３.２ＰＲＯＦＩＢＵＳ幀構(gòu)造的特點(diǎn)

從上面的幀格式可以看出幀的長(zhǎng)度不固定.發(fā)送時(shí),幀的長(zhǎng)度是已知的;但接收時(shí),幀的長(zhǎng)度是未知的.因此,要提升接收效率,只能采用分段方式接收,隨時(shí)解析和保存關(guān)鍵信息,并確定隨后接收的字節(jié)數(shù).

４ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的ＰＥＣ服務(wù)實(shí)現(xiàn)

ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站的數(shù)據(jù)接收及應(yīng)答過(guò)程分三個(gè)階段完成:第一階段,幀的完整接收;第二階段,憑證接收到的ＦＣ幀控制字字段,判斷主站正在開展怎樣的數(shù)據(jù)請(qǐng)求;第三階段,從站組織應(yīng)答幀,啟動(dòng)幀的發(fā)送過(guò)程.

第二階段的幀控制字處理請(qǐng)參考ＰＲＯＦＩＢＵＳ標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)