现场总线-LonWorks技术与Neuron芯片)课件.ppt
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1、现场总线控制系统现场总线控制系统第第2讲讲 LonWorks技术与技术与Neuron芯片芯片本讲内容提要本讲内容提要1LonWorks技术概述技术概述2 神经元芯片硬件结构神经元芯片硬件结构(1)Neuron芯片内部结构及管脚配置芯片内部结构及管脚配置(2)主要性能特点)主要性能特点(3)存储器)存储器(4)附加功能附加功能 3 控制网络组成控制网络组成 LonWorks技术概述技术概述(1)是通用测控总线网是通用测控总线网(2 2)同时应用在)同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。等任何一层总线中。(3 3)ISO的的OSI七层协议上实现
2、。七层协议上实现。(4 4)神经元芯片神经元芯片(Neuron)Neuron)和和LonTalk协协议是议是LonWorks技术的核心技术的核心。(5 5)LONLON网中可有网中可有3 33000030000个节点或更多。个节点或更多。Sensor BusDevice BusField Bus逻辑控制逻辑控制过程控制过程控制控制类型控制类型设备类型设备类型简单设备简单设备bit中级设备中级设备Byte复杂设备复杂设备Frame 三个层次的现场总线示例三个层次的现场总线示例Sesor bus(Bit-Sesor bus(Bit-level)level)Device bus (Byte-Devi
3、ce bus (Byte-level)level)Field bus(Block-Field bus(Block-level)level)CACAIEC/SP50SeriplexDeviceetFieldbus FoudationASIProfibus DPProfibus PALonWorksLonWorksLonWorksFIPIOWorldFIPSDSIterbus S典型LonWorks节点基本组成传感器和传感器和控制设备控制设备收发器I/O口网络网络通信通信端口端口Neuron芯片电源网络网络晶振 LonTalk协议协议 智能控制器(节点)智能控制器(节点)传感器传感器 执行器执行器
4、 显示显示 操作接口操作接口节点节点LON LON网采用分布式控制技术网采用分布式控制技术开放式控制网络开放式控制网络1 1 LonWorksLonWorks技术概述技术概述1.1 Neuron1.1 Neuron芯片芯片(1 1)EchelonEchelon公司设计了公司设计了NeuronNeuron芯片。芯片。(2 2)NeuronNeuron芯片其实是一种嵌入式系统。芯片其实是一种嵌入式系统。(3 3)NeuronNeuron芯片魄力:完整性芯片魄力:完整性(内置通讯(内置通讯 协议与处理器)协议与处理器)(4 4)提供最初的)提供最初的6 6个协议层,只有应用层的个协议层,只有应用层的
5、 编程和配置需要给定,简化了开发。编程和配置需要给定,简化了开发。(5 5)CypressCypress、MotorolaMotorola、ToshibaToshiba都生产都生产 Neruon芯片,价格很低。芯片,价格很低。1.2 LonTalk1.2 LonTalk协议协议 LonTalk协议遵循协议遵循ISO定义定义 (OSI)模型,并提模型,并提供了供了OSI所定义的全部所定义的全部7 7层层服务。它的特点:服务。它的特点:(1)(1)支持双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和支持双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的光纤在内的多种传输介质多种传输介质。(2 2)可以运行
6、在任何主处理器)可以运行在任何主处理器(Host Processor)上上 (3 3)LonTalk协议使用协议使用网络变量网络变量与其它节点通信。网络与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体。变量可以是任何单个数据项也可以是结构体。(4)LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种多种拓朴结构拓朴结构类型类型。(5)LonTalk寻址体系(寻址体系(分级分级:域、子网、节点):域、子网、节点)OSI层层目的目的提供的服务提供的服务7应用层应用兼容性LonMark对象,配置特性标准网络变量类型,文件传输6表示层数据翻译网络变量,应用消息,
7、外来帧传输5会话层远程操作请求响应,鉴别,网络管理,网络接口4传输层端端的可靠传输应答消息,非应答消息,双重检查,通用排序3网络层传输分组点对点寻址,多点之间广播式寻址,路由消息2链路层LLC子层帧结构帧结构,数据解码,CRC错误检查MAC子层介质访问P-坚持CSMA,冲突避免,优先级,冲突检测1物理层电气连接介质,电气接口。与介质有关的接口和调制方案(双绞线、电力线、无线射频、同轴电缆、红外线、光缆等)LonTalk寻址体系域域子网子网1子网子网255.节点节点1节点节点2.节点节点127节点节点1节点节点2.节点节点127三层:域、子网、节点三层:域、子网、节点网络地址可以有网络地址可以有
8、3层结构:层结构:域(域(Domain)、子网()、子网(Subnet)和节点()和节点(Node)第第1 1层结构是域。域是一个或多个信道上节点的逻辑集合,通层结构是域。域是一个或多个信道上节点的逻辑集合,通信只能在配置为相同域的节点之间进行,因此一个域便形成一个虚信只能在配置为相同域的节点之间进行,因此一个域便形成一个虚拟网络。拟网络。第第2层结构是子网。每一个域最多有层结构是子网。每一个域最多有255个子网。一个子网是一个子网。一个子网是一个域内节点的逻辑集合。一个子网最多可以包括个域内节点的逻辑集合。一个子网最多可以包括127个节点。个节点。第第3层结构是节点。子网内每一个节点被赋予一
9、个在该子网内层结构是节点。子网内每一个节点被赋予一个在该子网内惟一的节点号。该节点号为惟一的节点号。该节点号为7位,因此,一个域内最多可有:位,因此,一个域内最多可有:255127=32385个节点。个节点。1.3 LonWorks1.3 LonWorks产品产品(1 1)收发器)收发器 每一个网络设备都有一个收发器。收每一个网络设备都有一个收发器。收发器在一个发器在一个LonWorks设备与设备与LonWorks网网络之间提供了一个物理通讯接口。不同通信络之间提供了一个物理通讯接口。不同通信媒介之间用路由器相连。媒介之间用路由器相连。收发器类型收发器类型数据速率数据速率EIA-232型39k
10、bps自由或总线拓扑的双绞线型78kbps带变压器的双绞线型78kbps带变压器的双绞线型1.25Mbps电力线型2kbps电力线型5kbps电力线型10kbps射频型300MHz1.2kbps射频型300MHz4.8kbps射频型300MHz9.6kbps红外型78kbps光纤型1.25Mbps同轴电缆型1.25kbps(2 2)LonWorksLonWorks设备组成设备组成 (3 3)路由器)路由器 LonWorksLonWorks是唯一支持多种传输介质的系是唯一支持多种传输介质的系统,它允许开发者选择那些最能满足他们的统,它允许开发者选择那些最能满足他们的要求的传输介质和通讯方法。(要
11、求的传输介质和通讯方法。(介质转换介质转换)路由器是一个特殊的节点,由两个路由器是一个特殊的节点,由两个NeuronNeuron芯片组成,用来连接不同通讯媒介的芯片组成,用来连接不同通讯媒介的LONLON网络。网络。路由器能够控制网络流量,增加网络的吞吐路由器能够控制网络流量,增加网络的吞吐量和网络速度量和网络速度。(。(交通控制交通控制)(4 4)开发工具)开发工具 LonBuilderLonBuilder和和NodeBuilderNodeBuilder用于开发用于开发基于基于NeuronNeuron芯片的应用。具有高度可配置芯片的应用。具有高度可配置性,是开发和调试应用程序、安装和配置性,
12、是开发和调试应用程序、安装和配置节点以及分析网络通讯的集成工具。开发节点以及分析网络通讯的集成工具。开发工具通常包括一个可以在多个设备上开发工具通常包括一个可以在多个设备上开发及调试程序的环境,一个安装和配置这些及调试程序的环境,一个安装和配置这些设备的网络管理器,以及一个协议分析器设备的网络管理器,以及一个协议分析器用来检查网络流量以保证有足够的网络容用来检查网络流量以保证有足够的网络容量,同时也包括检查错误。量,同时也包括检查错误。(5 5)网络接口、)网络接口、WEBWEB服务器服务器(1 1)独立的)独立的PCPC机:机:PCLTA-20 PC LonTalkPCLTA-20 PC L
13、onTalk适配器,是适配器,是一个封装在标准的一个封装在标准的PCPC机机 PCIPCI适配卡上的网络接口设适配卡上的网络接口设备。通过它可以使用网络工具,如备。通过它可以使用网络工具,如LonMakerLonMaker工具。工具。(2 2)笔记本电脑:)笔记本电脑:PCC 10 PCPCC 10 PC卡卡提供了一个简洁的提供了一个简洁的PCMCIA PCPCMCIA PC卡式的网络接口卡式的网络接口(3 3)EchelonEchelon公司的公司的SLTA-10SLTA-10系列系列LonTalkLonTalk适配器适配器可与可与一个调制解调器相连以实现拨号上网。一个调制解调器相连以实现拨
14、号上网。(4 4)i.LONi.LONTMTM 1000IP 1000IP服务器支持同服务器支持同InternetInternet、IntranetIntranet,或,或VPNVPN的远程连接。的远程连接。用Web浏览器访Lon网LON收发器收发器LON网Http服务器服务器IP Web服务器服务器 i.Lon100 Echelon公司通过与公司通过与Cisco Systems公司、公司、Microsoft公司和公司和Sun Microsystems公司等合作,公司等合作,开发出开发出i.Lon100。它既是路由器,又是符合工业。它既是路由器,又是符合工业标准的标准的Web网络服务器。网络服
15、务器。i.Lon100将将LonWorks收发的数据进行收发的数据进行IP数据包处理后,利用数据包处理后,利用IP网络传输。网络传输。通过通过i.Lon100,可更方便地将,可更方便地将LonWorks和和Internet连接起来,使用户能够在连接起来,使用户能够在Internet上访问上访问到到LonWorks控制网上的设备。由于控制网上的设备。由于Echelon公司公司推出了推出了i.Lon100,使得,使得LonWorks现场总线技术的现场总线技术的应用领域也越来越广。应用领域也越来越广。提供提供LonWorks信道与信道与IP信道的连接,信道的连接,实现远程组网配置,远程监控。实现远程
16、组网配置,远程监控。(6)网络工具)网络工具 网络工具用于设计、安装、配置、诊断、网络工具用于设计、安装、配置、诊断、维护以及监控维护以及监控LON网。网。LON节点的寻址、构造、节点的寻址、构造、连接的建立可在安装阶段完成。这是由固化在连接的建立可在安装阶段完成。这是由固化在Neuron芯片里的网络管理服务的集合来支持的。芯片里的网络管理服务的集合来支持的。全部或部分的网络安装可能在生产的最初就开始全部或部分的网络安装可能在生产的最初就开始了,也有可能要在现场进行。无论安装工作是在了,也有可能要在现场进行。无论安装工作是在生产的开始还是在现场,系统都需要修改错误节生产的开始还是在现场,系统都
17、需要修改错误节点或重构网络。点或重构网络。2 神经元芯片硬件结构2.1 Neuron2.1 Neuron芯片内部结构及管脚配置芯片内部结构及管脚配置 Neuron芯片在一个芯片上集成了芯片在一个芯片上集成了多个处多个处理器理器,并有,并有RAM、ROM、通讯和输入输出设备、通讯和输入输出设备。在只读存储器里储存了在只读存储器里储存了操作系统、操作系统、LonTalk协议以协议以及输入输出工作方式库及输入输出工作方式库。这一芯片对于从。这一芯片对于从LonWorks网络上下载的应用程序和配置数据来说网络上下载的应用程序和配置数据来说是一个不可变的存储器。是一个不可变的存储器。每一个每一个Neur
18、on芯片都被赋予了一个独一芯片都被赋予了一个独一无二的无二的48位代码,称作位代码,称作Neuron ID。2.1.1 Neuron2.1.1 Neuron芯片内部结构芯片内部结构Neuron 芯片包括芯片包括3个个8位的位的CPU。CPU-1:是媒体访问是媒体访问CPU,主要处理,主要处理LonTalk 7层协议栈中第一和第二层。包括驱动通信子层协议栈中第一和第二层。包括驱动通信子系统硬件以及执行系统硬件以及执行MAC算法。算法。CPU-1和和CPU-2通过共享内存中网络缓冲区通信。通过共享内存中网络缓冲区通信。CPU-2:网络处理网络处理CPU,实现,实现LonTalk 协议协议栈的栈的3
19、-6层。处理网络变量、寻址、事务处理、层。处理网络变量、寻址、事务处理、权限认证、背景诊断、软件定时器和网络管理。权限认证、背景诊断、软件定时器和网络管理。CPU-2用网络缓冲区和用网络缓冲区和CPU-1通信,通信,CPU-2用应用缓冲区和用应用缓冲区和CPU3通信。通信。CPU-3:是应用是应用CPU。它运行用户编写的代码。它运行用户编写的代码和应用代码调用的操作系统命令。编程语言是和应用代码调用的操作系统命令。编程语言是Neuron C。(1)每个)每个CPU有各自的寄存器设置,但它们可有各自的寄存器设置,但它们可共享数据、共享数据、ALU的地址以及存储区访问电路。的地址以及存储区访问电路
20、。(2)三个)三个CPU的最小周期分别间隔一个系统周的最小周期分别间隔一个系统周期,以便在每个最小周期,各个期,以便在每个最小周期,各个CPU可以访问可以访问存储器和存储器和ALU各一次。各一次。(3)系统对三个)系统对三个CPU采用了管道技术,在不影采用了管道技术,在不影响性能的情况下,大大减少了硬件的需求。三响性能的情况下,大大减少了硬件的需求。三个个CPU可并行工作,而不会造成耗时的中断和可并行工作,而不会造成耗时的中断和上下文交换。上下文交换。2.1.2 2.1.2 管脚配置管脚配置 Neuron芯片家族中的成员是芯片家族中的成员是Neuron3120和和3150芯片。芯片。31203
21、120芯片中包括芯片中包括E E2 2PROMPROM、ROMROM、RAMRAM存储器,存储器,31503150中中无内部无内部ROMROM,但拥有访问,但拥有访问外部存储器的接口,寻址空间可达外部存储器的接口,寻址空间可达64KB64KB,可,可用于开发更为复杂的应用系统。用于开发更为复杂的应用系统。3120 3120芯片引脚芯片引脚 3150芯片引脚芯片引脚 Neuron 芯片比较芯片比较 芯片引脚芯片引脚芯片引脚芯片引脚(1)高度集成,所需外部器件较少)高度集成,所需外部器件较少(2)三个)三个8位位CPU,输入时钟范围输入时钟范围:625kHz10MHz(3)11条条可编程可编程I/
22、O引脚(有引脚(有34种种工作方式)工作方式)(4)两个)两个16位的位的定时器定时器/计数器计数器、15个个软定时器软定时器(5)网络通信端口)网络通信端口:工作方式单端、差分和专用工作方式单端、差分和专用(6)固件包括:)固件包括:LonTalk协议、协议、I/O驱动程序、事件驱动驱动程序、事件驱动 多任务调度程序多任务调度程序(7)服务引脚:用于远程识别和诊断)服务引脚:用于远程识别和诊断(8)每个)每个Neuron芯片有唯一的芯片有唯一的48位的内部位的内部ID号。号。(9)内置低压保护以加强对片内)内置低压保护以加强对片内E2PROM的保护。的保护。(10)通讯速率:)通讯速率:61
23、0b/s-1.25Mb/s2.2 2.2 主要性能特点主要性能特点2.3 2.3 存储器存储器2.3.1 E2PROM 内部内部E2PROM包括:包括:(1)网络配置和地址信息网络配置和地址信息(2)独一无二的)独一无二的48位位Neuron ID(3)用户写的应用代码和大部分的只读数据用户写的应用代码和大部分的只读数据3120其内部其内部E2PROM也存由也存由LonBuilder或或 NodeBuilder开发工具产生的应用程序。开发工具产生的应用程序。3150应用代码可写在应用代码可写在片内片内E2PORM中或中或片片外扩展存储器外扩展存储器中,或两者兼而有之。中,或两者兼而有之。E2P
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