關(guān)于1-Wire通用網(wǎng)絡(luò)剖析及其應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯關(guān)于1-Wire通用網(wǎng)絡(luò)剖析及其應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用概況Dallas的l—Wire為外設(shè)器件沿著一條電連接線進行雙向數(shù)據(jù)傳輸提供了一種簡單的方案，任何l—Wire系統(tǒng)都包括一臺主機和一個或一個以上的從機，它們共用一條數(shù)據(jù)線。這條數(shù)據(jù)線被地址、控制及數(shù)據(jù)信息復(fù)用。大多數(shù)器件完全靠從數(shù)據(jù)線上獲得的電源供電，個別器件在條件許可情況下由本地電源供電。當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平時，電荷存儲在器件內(nèi)部；數(shù)據(jù)線為低電平時，器件利用這些電荷提供能量。多個器件通過一個端口連接到微處理器，1—Wire器件具有以下功能：數(shù)據(jù)存儲(NVRAM、EPROM、EEPROM)；讀取或記錄溫度、電壓、可變電阻、計數(shù)；控制與檢測及與其它系統(tǒng)的接口；計時以及加密等功能?；镜奶攸c1—Wire器件基本的特點是：每個器件都有一個在工廠激光刻制的地址(序列號)，任何器件的地址不會重復(fù)，也就是說：每個器件的序列號是的。這樣，任何器件都能夠從眾多或許是掛接在同一總線上的器件中挑選出來。由于一個、兩個甚至十幾個1—Wire器件共享一條數(shù)據(jù)線進行通信，這就需要一種二進制查詢算法以便查找總線上的器件。一旦知道每個器件的地址，就可利用該地址選擇任何一個器件進行通信。1—Wire采用線或配置，主機為漏極開路輸出、由一個電阻上拉至3V或5V。從機為漏極開路輸出，只能將總線下拉至低電平。數(shù)據(jù)波形與速率1-Wire數(shù)據(jù)波形類似于脈沖寬度調(diào)制信號，主機發(fā)出復(fù)位信號(保持低電平的周期長)同步整個總線。然后，由主機啟動每一位數(shù)據(jù)時隙，利用寬脈沖或窄脈沖實現(xiàn)寫0或?qū)?。讀取數(shù)據(jù)時，主機用窄脈沖啟動時隙，從機將數(shù)據(jù)線保持在低電平、展寬低電平脈沖返回邏輯“0”，或保持脈寬不變返回邏輯“1”。大多數(shù)1—Wire器件支持兩種數(shù)據(jù)速率，較低的數(shù)據(jù)速率(標(biāo)準(zhǔn))約為14kbps，較高的數(shù)據(jù)速率大約為140kbps，目前正在研制可提供高達1Mbps數(shù)據(jù)速率的器件。協(xié)議采用自定時和允許很長的位間延遲，易于實現(xiàn)軟件中斷，數(shù)據(jù)通信任何數(shù)據(jù)通信首先要為后續(xù)通信選擇從機器件，可以根據(jù)需要選擇所有的從機或某個特定的從機(利用器件的序號)，也可以按照二進制查詢算法選擇下一個總線上的從機。一旦選定某個器件，其它器件將脫離總線，在下復(fù)位之前不參與后續(xù)通信選定某個器件后，主機可以發(fā)送器件特定的指令，發(fā)送數(shù)據(jù)給該器件或從該器件讀取數(shù)據(jù)。編碼每個從機器件的ID中有8位類型碼，類型碼對應(yīng)于器件的類型。由于不同類型的器件具有不同的功能，該編碼可用于選擇器件控制或查詢的規(guī)則。不同類型的器件功能不同、應(yīng)用目的也不同，因此也對應(yīng)有不同的協(xié)議。由于從機可能會有一些定時處理或監(jiān)視真實世界(異步)中的信息，它們有時需要獲得主機的快速響應(yīng)。由幾十個從機中利用的ID呼叫各個從機、然后讀取其內(nèi)部寄存器，因工作速度較低會加重了CPU負(fù)擔(dān)。又有一種稱為條件查詢的特殊器件查詢方式也可達到這一目的，在這種查詢方式中從機器件只有在滿足一定條件或發(fā)生某一事件與預(yù)定規(guī)則相符時才會被搜索到。主機按照一定的間隔實現(xiàn)這種條件查詢，任何被查找到的器件都是需要提供在線服務(wù)的器件。絕大多數(shù)1—Wire器件提供經(jīng)久耐用的不銹鋼封裝，尺寸相當(dāng)于疊在一起的四枚一角硬幣，稱其為出iButton’有些iButton內(nèi)部帶有微型鋰電池，為內(nèi)部實時時鐘或數(shù)據(jù)記錄儀供電，可保持NVSRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)或配置信息達十年之久。有些iButton采用EEPROM，無需備用電池。這些不銹鋼iButton的序列號被光刻在蓋子上，以便用戶識別。許多1—Wire器件還提供標(biāo)準(zhǔn)的SOIC、TSOC或TO封裝，便于安裝在PC板上。另外，有些器件還可提供倒裝芯片。1-Wire外設(shè)包括各種PC機串口或并口適配器、插座、表鏈、固定器及多種iButto配件。1-Wire各類器件及技術(shù)應(yīng)用DS2401、DS2409特征及在計算機檢測在自動侖儲系統(tǒng)貨位虛實識別中的應(yīng)用DS2401特征貨位虛實的檢測：1-Wire器件中的DS2401為尺寸極小(1。3mm×0。6mm)的電子序列號，是1-Wire器件中簡單的一種，屬可尋址開關(guān)。利用DS2401可以為貨位貼上一個的電子標(biāo)簽。每個器件都由工廠激光預(yù)刻了一個的、不可更改的64位序列號，即它內(nèi)部有64位串行碼組成的8字節(jié)的標(biāo)識碼。個字節(jié)表示1-Wire器件類型；接下來的6個字節(jié)是其的地址碼，使得同類具有248種地址碼，以保證在微局域網(wǎng)上不會產(chǎn)生節(jié)點地址沖突；一個字節(jié)是CRC校驗碼，以供主機在讀地址是判斷是否發(fā)生傳輸錯誤。因此，如需判斷某開關(guān)的開閉狀態(tài)時，主機只要讀與開關(guān)相連的的DS2401地址碼即可，若讀到器件的地址碼，說明該開關(guān)處于閉合狀態(tài)，其貨位為實；否則說明開關(guān)處于斷開狀態(tài)，其貨位為虛。這樣就實現(xiàn)了的貨位檢測。因為在此，每一個1-Wire器件的DS2401可尋址開關(guān)，代表著一個貨位。用于貨位虛實的檢測該法它適用了對于貨位要求更高和可靠性高的場合，即在的每個貨位上安裝一個開關(guān)，開關(guān)可以是機械、光電、磁或其它原理的。但問題是大量的開關(guān)與識別裝置（計算機）的聯(lián)線是比較煩惱之事。因此，限度減少聯(lián)線的數(shù)目是該方法的關(guān)鍵。為此，采用當(dāng)代型的一線（網(wǎng)絡(luò)）法(1-WireNet)，可謂是一種性能價格比較好的設(shè)計方案。*DS2401組成的一線（網(wǎng)絡(luò)）法(1-WireNet)該技術(shù)也稱為微局域網(wǎng)(MicroLAN)，是由總線主機(BUSMaster)、數(shù)據(jù)線普通雙絞線(及其扦接件)和1-Wire器件等三類設(shè)備所構(gòu)成廉價網(wǎng)絡(luò)，見圖3所示。在總線主機與1-Wire器件之間雙向（半雙工）傳遞信號和給1-Wire器件供電僅靠一根線(普通雙絞線數(shù)據(jù)線)，1-WireNet因此而得名。一線網(wǎng)絡(luò)對總線主機的要求不高，任何標(biāo)準(zhǔn)微處理器都可作為總線主機，如晶振頻率1.8MHz以上的8051系列單片機、具有115.2kpbsUART的微型計算機(PC)等。*貨位為巨量對時的電子標(biāo)簽的使用：當(dāng)DS24011-Wire器件的數(shù)目(n)超過98時，則必須使用1-Wire擴展器件DS2409(MicroＬＡＮＣｏｕｐｌｅｒ)，見圖4所示，這樣使得可使用的1-Wire器件數(shù)目幾乎沒有限制。這樣只要在自動侖儲系統(tǒng)中的每個貨位上安裝含６４ＫＥＥＰＲＯＭ的可尋址開關(guān)1-Wire器件，也等于給貨位加上了一個可讀／寫的電子標(biāo)簽。這樣，電子標(biāo)簽中不僅包含貨位的虛實狀態(tài)，而且還可包含貨物其它信息，例如在貨位的適當(dāng)位置安裝數(shù)字溫度傳感器，可以了解貨位的溫度。從上應(yīng)用可看出，用新型的新型1-Wire的DS2401與DS2409設(shè)及其組成的一線（網(wǎng)絡(luò)）法不僅在于貨位虛實的探測并將聯(lián)線數(shù)目減到，而且還可進一步擴展其它用途。數(shù)字溫度傳感器DSl8B20、DSl8C20或DSl822特點和在多路溫度巡迥監(jiān)控系統(tǒng)中通信接口的應(yīng)用1-Wire(一線制)數(shù)字溫度傳感器己被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)控制與撿測的設(shè)備儀器之中，但如何應(yīng)嵌入與連接在系統(tǒng)之術(shù)是設(shè)計人員所關(guān)切的技術(shù)問題。先述數(shù)字溫度傳感器DSl8B20、DSl8C20或DSl822糸列的特點。該糸列是業(yè)內(nèi)更高精度(±5℃)的1-Wire多點數(shù)字溫度傳感器，其特點是：*具有1-Wire數(shù)字接口*的64位序列號*寬廣的溫度測量范圍為-55℃至+125℃*具有非易失用戶(2字節(jié)EEPROM)可編程觸發(fā)點的過熱告警*測量分辨率可由用戶配置為9至12位*封裝形式包括TO-92，150mil8腳SOIC和倒裝片DSl8x20或DSl822溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖5所示。目前有數(shù)種方法，可將1-Wire器件數(shù)字溫度傳感器，如DSl8B20、DSl822或DSl8S20與微控制器接口。這些方法包括：從簡單的硬件、軟件方案，到串行接口芯片(如DS2480)及Dallas1-WireASIC即(將經(jīng)過整合的半導(dǎo)體超高規(guī)模集成電路硬件描述語言1-Wire主控器制造成專用集成電路)等。值此，只簡述了一種簡單的硬件解決方案，可實現(xiàn)微控制器和任意個數(shù)的DSl8x20或DSl822溫度傳感器之間的1-Wire通信。采用多個1-Wire溫度傳感器時的硬件配置，該硬件很簡單。一線制(1—Wire)總線向所有的器件既提供通信連接，又提供工作電源?？偩€電源經(jīng)由一個連接于3V至5.5V電源端的4.7KΩ上拉電阻提供。由于每個器件具有的64位ROM識別碼，所以掛接在總線上的1-Wire器件數(shù)量幾乎不受限制。多個1-Wire溫度傳感器通過1-Wire總線與采用DS5000糸列(與MCS—8051單片機兼容)的微控制器相接口。以上是新型多點1-wire數(shù)字溫度傳感器與微控制器硬、軟件接口簡易的設(shè)計方案，經(jīng)過多路溫度巡迥監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場采集、檢測的使用，其特點是具有較高的性能比，即程式簡單、檢測準(zhǔn)確、使用方便可靠。DS1963SiButton(鈕扣型)在加密封電子標(biāo)記的應(yīng)用當(dāng)前新型加密封電子標(biāo)記產(chǎn)品種類及應(yīng)用為數(shù)不少，值此僅簡介一例，以使人們對加密電子標(biāo)記其特性與結(jié)構(gòu)有所了解，避免看不見模不著的神密感，也有利于公共安全觀的增強。關(guān)于DS1963SiButton(鈕扣型)DallasSemiconductor的DS1963SiButton(鈕扣型)是一種加密封電子標(biāo)記，能夠滿所有的這些要求。每個標(biāo)記具有統(tǒng)一的、工廠激光刻度的64位身份識別號，512字節(jié)、鋰鐘電池備份的NVRAM數(shù)據(jù)存儲器，以及8組64位保護密碼。所有這些裝配于一個小型的、牢固的不銹鋼殼體內(nèi)。與主機雙向通信由單根數(shù)據(jù)線完成，速率高達140kbs，在500us以內(nèi)就可完成內(nèi)部的SHA－l算法。如果通過窮舉方式，64位密碼需要大約9，223000，000000，000，000次嘗試才能破譯，因而，采用窮舉方式難度很大是不現(xiàn)實的。ibutton能夠象珠寶一樣配帶，也可以附著在ID卡或徽章上，還可以象鑰匙一樣攜帶。它可以放置于容器、柜子、產(chǎn)品或運輸色裝中。當(dāng)然它還可以嵌入到一個元件內(nèi)或電路板上。DallasSemiconductor的DS19615SiButton是DS1963S的EEPROM類型。它具有128字節(jié)的存儲器，提供一種寫保護方式，在保擴方式被修改之前，主機須通過SHA。DS1963S還具有協(xié)處理器的能力，在售貨和收費系統(tǒng)中，主機端的處理能力和速度通常是有限制的。當(dāng)作為協(xié)處理器使用時，DS1963S能夠安全地存儲和保護系統(tǒng)密碼，快速地執(zhí)行SHA－l算法，安全地存儲收到的資金，以及提供一個鞋一的系列號，以識別是哪個收費箱或售貨機。作為協(xié)處理器，DS1963Sibutton還能夠保存主機所用的關(guān)鍵配置和價格數(shù)據(jù)。這樣主機的任務(wù)大大降低，只是簡單地在iButton之間移動數(shù)據(jù)。電子鈔票系統(tǒng)已經(jīng)證實，采用這里描述的所有安全特性，執(zhí)行金融交易的時間小于50ms。DS24321-Wire(一線制)1K位EEPROM電子加密標(biāo)記其芯片內(nèi)部組成見圖7所示。所謂1-Wire(一線制)是用單根總線向器件(芯片DS2432)既提供通信連接又提供工作電源。而單根總線電源可由2.8V至5.25V電源端經(jīng)由4.7kΩ上拉電阻Rpu提供(見圖7所示)，并且有寬廣的工作范圍：2.8V至5.25V，-40℃至+85℃；而標(biāo)記芯片DS2432與主機(up微處理器)也只是用單根數(shù)據(jù)線完成與主機雙向通信。該標(biāo)記也具有的、工廠激光刻度的64位ROM身份識別號；1K位EEPROM數(shù)據(jù)存儲器以及1組64位保護密碼。之所以它具有安全保障特性，是因為采用散列加密算法(SHA-1)為所存儲的數(shù)據(jù)提供質(zhì)詢/響應(yīng)保護。DS2432的SHA-1安全特性提供了一個低成本的電子手段來保護的知識產(chǎn)權(quán)；對大批量消費產(chǎn)品進行售后積跟蹤；實現(xiàn)一個小型的電子支付系統(tǒng)；或者是作為一個防竄改的數(shù)據(jù)載體，其執(zhí)行160位SHA-1算法只需1ms。當(dāng)然DS2432也可用于兩個獨立的、遠(yuǎn)離的系統(tǒng)通時公用網(wǎng)絡(luò)進行相互識別和安全地進行數(shù)據(jù)交換。用1-WireDS2409高邊開關(guān)及技術(shù)在構(gòu)建選擇-點亮系統(tǒng)-“鑰匙柜”中的應(yīng)用為那些需要在行或列矩陣中挑選某個項目(如從櫥柜中尋找某把鑰匙)的應(yīng)用提供了一個有趣的通用實例，例如，假定某人想從儲藏柜中取一把鑰匙。在計算機出現(xiàn)之前，需要為每把鑰匙佩帶一個手寫的標(biāo)簽，而且要掛在櫥柜的適當(dāng)位置。索取鑰匙時，需核對鑰匙的標(biāo)簽或確知鑰匙在櫥柜的存放位置。鑰匙用完后必須放回原位，一旦鑰匙放錯位置就要逐個核查鑰匙標(biāo)簽、直至找到所需鑰匙并將其放在合適位置為止。設(shè)計思想現(xiàn)在，利用計算機或up數(shù)據(jù)總線(DATA)主控可以保持跟蹤“鑰匙”的去向，而不必顧慮鑰匙是否放到了確切位置。這種系統(tǒng)的基本原理是每把鑰匙有一個的識別號(1D--identification)，例如，為每把鑰匙地配備(或嵌入)一個計算機可讀的具有硅序列號的1-Wire芯片，即美國DALLAS公司產(chǎn)的DS2401芯片。查找某把鑰匙時，主機將鑰匙存放位置的LED點亮。這樣鑰匙放回櫥柜時可以放在任意位置，因為DATA總線主控可通過讀取其的ID號確定它的存放地址。保存鑰匙的空間陣列可應(yīng)用微型區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)耦合器--DS2409和雙路可尋址開關(guān)DS2406來構(gòu)成。其DS2409用于選擇行地址，而DS2406用于選擇列地址。“鑰匙柜”組成應(yīng)用兩片DS2409高邊開關(guān)(指與+5V相連稱為高邊)選擇兩行中的某一行，單片DS2406雙路低邊開關(guān)(指與地相連稱為低邊)與列選擇電路功能相同，圖8中畫出了一組簡單的2x2LED陣列，通過總線(DATA)主控尋址為選中的交叉點提供視覺指示。相應(yīng)增加DS2409和／或DS2406的芯片數(shù)可以很容易地增加行或列地址，擴展X軸或Y軸的矩陣規(guī)模。按照這種方法，一個MxN陣列的尺寸僅受總負(fù)載的限制，原理圖8中的iButton端口可以是接受器(探測器)、甚至用于線路板安裝的焊裝連接器DS9098P等。系統(tǒng)工作系統(tǒng)工作時，主機選擇DS2409輔助輸出(AUX)控制感興趣的行地址，對應(yīng)于DS2406的列輸出與行地址相交于鑰