一种多协议的嵌入式总线集成器的设计与研究
1 系统总体设计与工作流程
1.1 系统的总体设计
系统结构框图如图1所示。C8051F120是整个系统的主控制芯片，负责对数据的处理和交换，包括通过RTL8019与以态网的通信，通过UART口与PPI总线通信，通过RS232口与LonWorks总线通信以及和CAN总线控制器SJA1000通信等。CAN模块和LON模块分别完成对CAN和LON数据的收发处理。一方面，系统分别作为LonWorks、PPI、CANOpen总线的一个节点，完成相应通信协议的通信及数据解析;另一方面，系统又要能够完成各总线之间的数据转发与共享。同时，为了支持远程监控能力,系统必须提供以太网接口以支持Internet功能。为了在现场提供监测环境，系统设计了人机界面[3]。
1.2 各模块工作流程
主控制芯片C8051F120与RTL8019之间的接口是通过并行方式扩展的，为避免RTL8019A在C8051F120上的映射地址空间与 C8051F120内部的8KB RAM地址空间 (0X0000～0X3FFF)重迭，扩展的外部设备被放到最高端(0X8000～0XFFFF)，并采用非复用方式连接。模块中还包括RS232与RS485之间的转换。SN75LBC176是RS485差分总线收发器芯片。RS232数据由TX0通过光隔传送到SN75LBC176的发送端 ，同时驱动发送控制端，数据就由SN75LBC176发送到RS485总线。当SN75LBC176接收数据时，数据传送到RS232的RX0端。这样就完成RS485到RS232的转换。在系统中，为了提供人机交互的功能，设计了T6963C点阵式液晶图形显示控制器，在设计时，需要用一根地址线来实现液晶的数据通道和指令通道的区分。T6963C外接114×64的液晶显示屏，可以提供监测数据显示的实例。
CAN总线模块由SJA1000、82C250、6N137等芯片组成。SJA1000是并行接口的CAN控制器。82C250是CAN控制器接口芯片。当C8051F120要向某节点发送数据时，它向SJA1000的一些缓冲器写数据和命令。数据通过SJA1000处理后，合成CAN帧格式，通过6N137至82C250，由82C250的差分端CANH和CANL传送到物理总线。外部节点发送过来的数据通过82C250经光电隔离器6N137后被SJA1000接收，存放在SJA1000相应的寄存器中。C8051F120就可以读取这些CAN帧格式数据。
LON模块由MC143150、FTT-10A、MC145407以及外扩SRAM储存器IS61C256AH-15N和外扩Flash存储器AT29C512组成。MC143150是LonWorks控制芯片，含有Lontalk协议的固态软件，主要用于LonWorks数据的处理。FTT-10A 是LonWorks收发器，它是一种变压器耦合收发器，支持网络的自由拓扑结构，作为LON网的网络介质的接口。MC145407是电平转换芯片，负责MC143150与RS232之间的电平转换。当C8051F120要向MC143150发送数据时，C8051F120把数据发送到串口缓冲区，通过MC145407将I/O引脚输入的TTL 电平和输出的CMOS 电平转换为EIA232C电平。MC143150收到数据信息后，将数据读入储存于MC143150的缓冲区中，然后由MC143150 打包为LonWorks网络变量,通过不同节点、相同类型的网络变量的互联, 即可实现LON 节点之间的数据传送。另外，还外扩SRAM储存器IS61C256AH-15N和Flash存储器AT29C512，让用户能编制使用较大的程序。
2 软件设计
2.1 系统的分层结构
整个系统采用分层方式完成各协议间的通信。系统分为硬件驱动层、协议层及其应用层,如图2所示。
由于下层模块只向上层提供一个软件接口,屏蔽了下层的具体实现细节。上层软件只有通过该接口才能与下层软件发生联系,这样就保证了各层之间的独立性。系统根据硬件接口、总线协议的不同，分为三个大的分层功能模块，它们分别是LonWorks模块、PPI模块、 CANOPEN模块。这些模块又各自提供了硬件接收缓冲区、硬件发送缓冲区、协议接收缓冲区、协议发送缓冲区[4～5]。
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