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一種基于半雙工通信系統(tǒng)的通信控制協(xié)議設(shè)計
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摘要:在許多控制系統(tǒng)中需要一個高效、簡單、可靠的通信控制協(xié)議,用以保證設(shè)備將控制信息準確的發(fā)往目標設(shè)備。由于控制信息數(shù)據(jù)量小不需要進行雙工通信,因此本文提出的通信控制協(xié)議只針對于半雙工通信控制系統(tǒng)。此外本協(xié)議具有通用性,可方便的移植到其他半雙工系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:控制、通信、協(xié)議、半雙工
當(dāng)系統(tǒng)中的各個設(shè)備通過某種物理鏈路相互聯(lián)接起來以后,并不意味著它們之間就能夠立刻進行數(shù)據(jù)交換了。設(shè)備之間要進行通行還需要有通信的規(guī)則即通信協(xié)議。通信協(xié)議通常要規(guī)定通信的開始與結(jié)束,數(shù)據(jù)的接受者,所傳送數(shù)據(jù)的校驗方式以及鏈路的電氣接口參數(shù)等。
目前常見的協(xié)議有基于以太網(wǎng)的IEEE 802.3協(xié)議,基于CAN-BUS總線的CANopen協(xié)議等等。這些協(xié)議通常都比較成熟,它們或通信速度快、或通信可靠性高或抗干擾能力強,因而得到了廣泛的應(yīng)用。但是在一些要求比較特殊的場合這些協(xié)議就不一定適用了。本文針對于對通信速度要求不高、對價格控制比較嚴格系統(tǒng),特別是控制系統(tǒng)設(shè)計了一種協(xié)議。這種協(xié)議基于半雙工通信系統(tǒng),具有通用性。
硬件系統(tǒng)參考模型如:圖1-1:系統(tǒng)是由一個總線控制器與若干個設(shè)備之間通過同一通信總線連接?偩控制器與設(shè)備,設(shè)備與設(shè)備之間能進行半雙工通信。
由于采用的是總線連接方式可以使得系統(tǒng)的成本大大降低,但是由于總線的特點不允許同時有兩個或以上的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。因此需要總線控制器對總線的控制權(quán)進行分配。
具體的通信過程類似于令牌環(huán)網(wǎng),首先總線控制器會登記在總線上的設(shè)備地址,然后按照一定的算法發(fā)出某一設(shè)備的總線控制允許信號。設(shè)備在沒有得到總線控制允許信號時都時處于聽者狀態(tài)的,一旦收到屬于自己的總線控制信號后則將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時總線控制器處于聽者狀態(tài)一旦受到設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送完畢信號立即將下一設(shè)備的總線允許控制信號發(fā)出,從而將總線控制權(quán)交給下一個設(shè)備。
在通信系統(tǒng)中通常把要傳輸?shù)男畔⒎殖扇舾蓚塊來傳送,每個塊加上控制信息成為一幀。同樣在本協(xié)議的參考模型中數(shù)據(jù)的傳送也是以幀為單位的,并且設(shè)備在一次總周期中只能發(fā)送一幀。本協(xié)議采用組幀技術(shù)[1]。規(guī)定幀的正常開始與結(jié)束用二進制串01n0(n取6表示6個連續(xù)的1)稱為Flag。當(dāng)設(shè)備接收到6個連續(xù)的‘1’時表示一幀的正常開始,再接收到連續(xù)的劉個‘1’時表示一幀的正常結(jié)束。如設(shè)備接收到連續(xù)的7個或以上時表示非正常開始或結(jié)束。如幀中的數(shù)據(jù)有連續(xù)的6個‘1’時,則在連續(xù)的5個‘1’后插入一個‘0’來解決與Flag的沖突。設(shè)備在接收到連續(xù)的5個‘1’后自動將其后的‘0’刪除,如在其后的時‘1’則表示一幀的結(jié)束。
考慮到低速系統(tǒng)采用處理器多為8位數(shù)據(jù),且本協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)主要為控制信息。規(guī)定一幀的長度位32個二進制位,其中高八位與低八位為幀開始與結(jié)束的Flag,中間16位為數(shù)據(jù)位。
如同信數(shù)據(jù)為控制信息這可規(guī)定數(shù)據(jù)位中高8位為地址數(shù)據(jù)如出現(xiàn)又連續(xù)6個‘1’的情況,則使用數(shù)據(jù)位中低8位的最高位擴展。數(shù)據(jù)位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱為C_flag,其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗位。C_Flag的0H與fH保留用于總線控制器。0H用于總線控制權(quán)移交,fH用于登記地址。
典型應(yīng)用:
系統(tǒng)采用圖1-1所示模型,共有三個設(shè)備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線控制器發(fā)出地址登記命令,如有該地址設(shè)備則該設(shè)備發(fā)出與總線控制器先前發(fā)處信號相同信號,總線控制器登記該地址。如總線控制器發(fā)出7e003d7eH登記00H設(shè)備,受到信號后00H設(shè)備也發(fā)出7e003d7eH用以登記地址,登記一個設(shè)備地址以后總線控制器將按自然數(shù)遞增的方法一直登記到最后一個地址。最后一個地址登記的信號為:7efbbd7eH。
登記完地址以后總線控制器只發(fā)出登記了地址的設(shè)備總線控制允許信號,這樣可以減少浪費的時間。如發(fā)出的ffH設(shè)備總線控制允許信號應(yīng)為7efb817eH。
以上介紹了本協(xié)議適用的范圍與產(chǎn)生背景,由于具有一定的普遍意義可以很方便的引用到單片及控制系統(tǒng)中。當(dāng)然在開發(fā)中還有較多的注意事項,例如設(shè)備失靈時總線控制器的等待只能在一定的時間內(nèi),否則的會引起假死狀態(tài)。因此本協(xié)議的適用可跟據(jù)具體的系統(tǒng)做一些適當(dāng)?shù)难a充規(guī)定。
參考文獻:
[1]李建東,盛敏編著.通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2004.8
注釋:
、夙椖炕穑嘿F陽學(xué)院2008院級課題。
②作者簡介:孫健(1979-)貴陽學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系講師;貴州大學(xué)2006級在讀研究生,主要研究通信與自動控制。
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