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神經(jīng)元芯片的并口I/O對象及其應用
摘要：Lonworks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片，文中詳細描述了神經(jīng)元芯片TMPN3150應用模式中的一種——并行口I/O模式，給出了基于該并行口I/O模式開發(fā)Lonworks協(xié)議與RS-232標準轉(zhuǎn)換的互連適配器的設計方案。關(guān)鍵詞：Lonworks；神經(jīng)元芯片；并行口I/O模式；TMPN3150
１ 引言
１９９３年美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司發(fā)明了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)，該技術(shù)提供了一個開放性很強且無專利權(quán)的底層通訊網(wǎng)絡——局部操作網(wǎng)絡（ＬＯＮ）。該通信協(xié)議采用Ｌｏｎｔａｌｋ?yún)f(xié)議，網(wǎng)絡上的節(jié)點采用神經(jīng)元芯片。神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ 芯片）是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)的核心，它含有Ｌｏｎｔａｌｋ 協(xié)議的固態(tài)軟件（簡稱為固件），因而能進行可靠地通訊。為了實現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ芯片與Ｉ／Ｏ設備之間的通信，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１個引腳可定義為３４種Ｉ／Ｏ對象，其中包括并行Ｉ／Ｏ對象、串行Ｉ／Ｏ對象、直接Ｉ／Ｏ對象、定時／計數(shù)器輸入對象等。用戶可根據(jù)實際應用的需要在應用程序中定義不同的Ｉ／Ｏ對象，然后調(diào)用ｉｏ ｉｎ??或ｉｏ ｏｕｔ??等函數(shù)來實現(xiàn)對Ｉ／Ｏ對象的數(shù)據(jù)讀寫操作，即實現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ 芯片與Ｉ／Ｏ設備之間的通信。文中介紹了神經(jīng)元芯片的一種Ｉ／Ｏ應用模式，即并行Ｉ／Ｏ模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉ／Ｏ Ｍｏｄｅ）。該神經(jīng)元芯片采用日本東芝公司的ＴＭＰＮ３１５０芯片。
ＲＳ－２３２標準是一種常見的電氣和通訊接口標準，而Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線在網(wǎng)絡通訊方面具有突出的優(yōu)點（如網(wǎng)絡物理層支持多種通信介質(zhì)，支持多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)等），它以其突出的統(tǒng)一性、開放性及互操作性受到各行各業(yè)的重視，并且作為現(xiàn)場總線中的佼佼者在國內(nèi)各個領(lǐng)域的測控系統(tǒng)中廣泛流行。因此，將現(xiàn)場設備的ＲＳ－２３２信號轉(zhuǎn)換為包含ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議的信息來實現(xiàn)與其它ＬＯＮ節(jié)點以及ＬＯＮ網(wǎng)絡管理設備之間的通訊，具有拓寬ＬＯＮ應用范圍的意義。筆者基于神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應用模式設計了一個適配器，從而實現(xiàn)了ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的集成。
圖1 基于TMPN3150的RS-232網(wǎng)絡與Lonworks現(xiàn)場總線的適配器硬件框圖
２ 神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應用模式
通過定義并行Ｉ／Ｏ對象，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以實現(xiàn)與外接各類微處理器之間的雙向數(shù)據(jù)通信，并行口的速率可達３．３Ｍｂｐｓ。并行Ｉ／Ｏ對象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１個Ｉ／Ｏ口進行通信，其中ＩＯ０～ＩＯ７為８根數(shù)據(jù)線，ＩＯ８～ＩＯ１０為控制信號線。并行口的工作方式有３種，即ｍａｓｔｅｒ、ｓｌａｖｅ－Ａ和ｓｌａｖｅ－Ｂ。在不同模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０這３根控制信號線的意義不同。筆者應用的是ｓｌａｖｅ－Ａ模式，即從Ａ模式。
在從Ａ模式中，ＩＯ８為片選信號線（ＣＳ），ＩＯ９為讀寫信號線（Ｒ／ Ｗ），ＩＯ１０為握手信號線（ＨＳ）。在此模式中，應將Ｎｅｕｒｏｎ芯片作為從機（ｓｌａｖｅ），微處理器作為主機（ｍａｓｔｅｒ），主機和從機之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過虛擬的寫令牌傳遞協(xié)議（ｖｉｒｔｕａｌ ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ－ｐａｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）來實現(xiàn)。主機和從機交替地獲得寫令牌（ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ），擁有寫令牌的一方既可以寫數(shù)據(jù)（不超過２５５個字節(jié)），也可以不寫任何數(shù)據(jù)而傳送一個空令牌。傳送的數(shù)據(jù)要遵從一定的格式，即在要傳送的數(shù)據(jù)前面加上命令碼和所傳數(shù)據(jù)的長度，命令碼有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（寫數(shù)據(jù)）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（傳遞空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求從機同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（確認同步）等四種，最后以ＥＯＭ字節(jié)結(jié)束。其中寫數(shù)據(jù)和傳遞空令牌的格式分別為：
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在通信以前，主機和從機之間應先建立握手信號，即ＨＳ信號有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自動實現(xiàn)），然后，主機再送一個ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令要求從機同步。當從機接收到這個信號后，則發(fā)送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ以表示同步完成，可以通信了。此后，寫令牌就在主機和從機之間無限的交替?zhèn)鬟f，擁有寫令牌的一方可以向數(shù)據(jù)總線上寫數(shù)據(jù)，即主機可以往從機寫數(shù)據(jù)，從機也可以將數(shù)據(jù)傳往主機。
３ 實例應用
基于上述神經(jīng)元芯片ＴＭＰＮ３１５０的并行Ｉ／Ｏ應用模式來實現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的集成適配器主要由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和ＭＣＳ５１系列的Ｐ８９Ｃ５１單片機兩大部分組成。其中Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊用于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡通信管理，Ｐ８９Ｃ５１和ＭＡＸ２３２芯片則用來實現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡的鏈路和協(xié)議。其硬件框圖如圖１所示。
適配器的軟件編寫應包括兩個部分。一部分為對主機程序的編寫，可用Ｃ語言編寫。因為從機（ＴＭＰＮ３１５０芯片）的并行模式是在芯片內(nèi)部定義的，它遵從虛擬的寫令牌傳遞協(xié)議，所以需要編寫Ｐ８９Ｃ５１程序來模擬ＴＭＰＮ３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的從Ａ模式，該程序主要完成與ＴＭＰＮ３１５０的同步、握手、令牌的傳送以及并行口數(shù)據(jù)的讀寫等四項工作。另一部分是編寫從機程序，該程序應使用神經(jīng)元芯片的編程語言——Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ語言來編寫。當從機將并口得到的報文進行解析后，本系統(tǒng)將利用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的消息傳送機制將解析的消息傳送給適配器下層的應用節(jié)點，同時將適配器下層的應用節(jié)點以消息形式傳送上來的數(shù)據(jù)或信息所構(gòu)成的Ｐ８９Ｃ５１能識別的報文通過并口傳送給Ｐ８９Ｃ５１。
４ 結(jié)論
利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的并行Ｉ／Ｏ模式實現(xiàn)Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和微處理器之間的數(shù)據(jù)交換是構(gòu)造Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線與ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡適配器的關(guān)鍵，這種簡單、可靠、實用的接口方法可以推廣到Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ控制模塊與其它計算機的并行數(shù)據(jù)通信中，特別是對已有的測控裝置改造為Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線節(jié)點、或者測控功能比較復雜而僅僅需要Ｎｅｕｒｏｎ作為通訊處理器的場合，同時，也可用于需用高檔ＣＰＵ來進行數(shù)據(jù)處理的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場節(jié)點的應用方面。
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