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基于LonWorks的在系统编程技术

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:LonWorks技术的应用使得在系统编程的内涵得以更充分的体现。本文在概要介绍ISP以及LonWorks技术的基础上,详细说明采用基于Neuron芯片的控制节点实现对CPLD进行在系统编程的具体方法。

    关键词:Neuron 控制节点 在系统编程(ISP) CPLD

引言

在系统编程ISP(In System Programming)是指在用户设计的目标系统或印刷电路板上为重新配置逻辑,或实现新的功能而对器件进行编程或反复编程。随着EDA工具的普及和ISP器件的日益成熟,ISP技术也得到了越来越广泛的应用。ISP技术的应用使得硬件设计软件化,其显著优势体现在:简化生产流程;利用同一硬件结构实现多种系统功能,使之成多功能硬件;在不特殊电路板资源的情况下进行电路板级测试;边界扫描测试;通过Modem和ISP编程接口实现对系统的远程维护和升级。

对ISP器件的编程可通过PC机进行,利用1条编程电路(或称下载电缆)将准确定时的编程信号提供给该器件。但是,(范文先生网www.fwsir.com收集整理)这种方法不能使各种器件的数据下载脱离EDA工具独立进行,真正意义上的在系统可编程难以实现。对于ISP器件的编程也可以通过微处理器的控制程序实现,这就为基于Neuron芯片的LON网络节点提供了应用空间。

Lon(Local Operating Networks)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络,目前已广泛应用于测控网络中。LonWorks现场总线技术在控制系统引入了网络的概念。在该技术的基础上,可以方便地实现分布式的网络控制系统,并使得控制系统更高效、更灵活、更易于维护和扩展。利用分布的智能控制节点进行在系统编程无需编程电缆,而且能够充分地利用系统资源,简化编程操作,大大拓展了在系统编程技术的应用范围。

1 基于Neuron芯片的控制节点

1.1 Neuron芯片简介

Neuron芯片的LonWorks节点的核心部分,它既能管理通道,同时具有输入/输出以及控制等能力。该芯片主要包括Neuron 3120和3150两大系列。二者的区别是3150芯片中无部ROM,但拥有访问外部存储器的接口,寻址空间可达64KB,可用于开发更为复杂的应用系统,Noeuron芯片内部固化了完整的LonTalk通信协议,确保节点间的可靠通信和互操作。芯片内部有3个8位CPU协调工作,实现Lon节点的通信和控制功能;11个编程I/O口;5个网络通信端口提供3种工作方式;单端方式、差分方式和专用方式。

1.2 控制节点的硬件结构

Lon网络节点有2种类型:基于Neuron芯片的节点(Neuron芯片是唯一的处理器)和基于主机的节点(主处理器可以是微控制器、PC机等)。一个典型的现场总线控制节点的基本结构如图1所示,主要包含以下几个部分功能块;应用CPU、基于LonWorks的在系统编程技术I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。无论哪种类型的节点都有1片Neuron芯片用于通信和/或控制、1个I/O接口用于连接1个或多个I/O设备,另外还有1个收发器负责将节点连接上网。

本设计中控制节点的基本结构如图2所法。该节点主要包括Neuron芯片、128KB Flash存储器、10MHz晶振、FTT-10A收发器以及I/O接口、驱动、CPLD。Neuron芯片外部扩展了Flash存储器,用于存储固件和用户应用程序。其中固件通过编程器下载,而应用程序的下载可以使用编程器,还可以使用网络管理工具经Lon网络下载,这样,CPLD的重新配置就能够通过Lon网络方便快捷地进行。5根在系统编程控制的ispEN、MODE、SDI、SCLK以太SDO占用Neuron芯片的5个I/O口。Neuron芯片I/O口本身的驱动能力是不够的,需要使用74HC367或74HC244增强信号驱动能力,并使用适当的阻容网络给信号线滤波,增强抗干扰能力。

2 在系统编程的软件实现

2.1 以Lattic公司的ispLSI这种CPLD器件为例,器件内需要编程的E2COMS单元阵列如图2所示。

E2COMS元件按行和列排成阵列。地址移位寄存器指明当前的编程行数,而数据移位寄存器装载将要写入该行的数据。数据移位寄存器分为低段数据寄存器高段数据

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