基于LonWorks的在系統(tǒng)編程技術(shù)

引言

　 在系統(tǒng)編程ISP（In System Programming）是指在用戶設(shè)計的目標(biāo)系統(tǒng)或印刷電路板上為重新配置邏輯，或?qū)崿F(xiàn)新的功能而對器件進行編程或反復(fù)編程。

　隨著EDA工具的普及和ISP器件的日益成熟，ISP技術(shù)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。ISP技術(shù)的應(yīng)用使得硬件設(shè)計軟件化，其顯著優(yōu)勢體現(xiàn)在：簡化生產(chǎn)流程；利用同一硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多種系統(tǒng)功能，使之成多功能硬件；在不特殊電路板資源的情況下進行電路板級測試；邊界掃描測試；通過Modem和ISP編程接口實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程維護和升級。

　　對ISP器件的編程可通過PC機進行，利用1條編程電路（或稱下載電纜）將準(zhǔn)確定時的編程信號提供給該器件。但是，這種方法不能使各種器件的數(shù)據(jù)下載脫離EDA工具獨立進行，真正意義上的在系統(tǒng)可編程難以實現(xiàn)。對于ISP器件的編程也可以通過微處理器的控制程序?qū)崿F(xiàn)，這就為基于Neuron芯片的LON網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供了應(yīng)用空間。

　　Lon(Local Operating Networks)總線是美國Echelon公司1991年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，目前已廣泛應(yīng)用于測控網(wǎng)絡(luò)中。LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)在控制系統(tǒng)引入了網(wǎng)絡(luò)的概念。在該技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以方便地實現(xiàn)分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并使得控制系統(tǒng)更高效、更靈活、更易于維護和擴展。利用分布的智能控制節(jié)點進行在系統(tǒng)編程無需編程電纜，而且能夠充分地利用系統(tǒng)資源，簡化編程操作，大大拓展了在系統(tǒng)編程技術(shù)的應(yīng)用范圍。

　 1 基于Neuron芯片的控制節(jié)點

　　1.1 Neuron芯片簡介

　　Neuron芯片的LonWorks節(jié)點的核心部分，它既能管理通道，同時具有輸入/輸出以及控制等能力。該芯片主要包括Neuron 3120和3150兩大系列。二者的區(qū)別是3150芯片中無部ROM，但擁有訪問外部存儲器的接口，尋址空間可達64KB，可用于開發(fā)更為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，Noeuron芯片內(nèi)部固化了完整的LonTalk通信協(xié)議，確保節(jié)點間的可靠通信和互操作。芯片內(nèi)部有3個8位CPU協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)Lon節(jié)點的通信和控制功能；11個編程I/O口；5個網(wǎng)絡(luò)通信端口提供3種工作方式；單端方式、差分方式和專用方式。

　　1.2 控制節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)

　　Lon網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有2種類型：基于Neuron芯片的節(jié)點（Neuron芯片是唯一的處理器）和基于主機的節(jié)點（主處理器可以是微控制器、PC機等）。一個典型的現(xiàn)場總線控制節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包含以下幾個部分功能塊；應(yīng)用CPU、I/O處理單元、通信處理器、收發(fā)器和電源。無論哪種類型的節(jié)點都有1片Neuron芯片用于通信和/或控制、1個I/O接口用于連接1個或多個I/O設(shè)備，另外還有1個收發(fā)器負(fù)責(zé)將節(jié)點連接上網(wǎng)。

本設(shè)計中控制節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)如圖2所法。該節(jié)點主要包括Neuron芯片、128KB Flash存儲器、10MHz晶振、FTT-10A收發(fā)器以及I/O接口、驅(qū)動、CPLD。Neuron芯片外部擴展了Flash存儲器，用于存儲固件和用戶應(yīng)用程序。其中固件通過編程器下載，而應(yīng)用程序的下載可以使用編程器，還可以使用網(wǎng)絡(luò)管理工具經(jīng)Lon網(wǎng)絡(luò)下載，這樣，CPLD的重新配置就能夠通過Lon網(wǎng)絡(luò)方便快捷地進行。5根在系統(tǒng)編程控制的ispEN、MODE、SDI、SCLK以太SDO占用Neuron芯片的5個I/O口。Neuron芯片I/O口本身的驅(qū)動能力是不夠的，需要使用74HC367或74HC244增強信號驅(qū)動能力，并使用適當(dāng)?shù)淖枞菥W(wǎng)絡(luò)給信號線濾波，增強抗干擾能力。