基于COM20022的10Mbps令牌总线局域网

2004年8月A版

摘  要：本文介绍如何利用COM20022实现令牌总线局域网。

关键词：COM20022；令牌环；局域网；ARCNET

引言

　　总线局域网的总线争用使得它不适合于一些对时间有严格要求的实时控制系统，而ARCNET(Attached Resource Computer NET)具有可靠性高、通信速率高、可确定的网络性能以及远距离通信能力等特点，是一种理想的现场总线技术。它具有以下3个突出优点：第一，它采用令牌传递协议保证在确定的时间内完成消息的传输；第二，它支持长度可变的数据帧(0~507字节)，额外开销小，加上其总线速率高(可达10Mbps)，使得其对短消息有良好的响应能力；第三，内置的16位CRC校验和数据链路层协议使得其有较高的可靠性和软件操作简单。ARCNET网络在物理上是一个总线网，而逻辑上却是一个令牌环。COM20022是SMSC公司的一款高速率嵌入式ARCNET控制器，利用COM20022容易实现10Mbps令牌总线局域网。

COM20022

　　COM20022支持总线速率最高可达10Mbps，速率可以在寄存器中设置。能够支持多种微处理器，数据总线口宽8/16位可选，集成了2K字节的双端口RAM，新增了可编程DMA通道。软件可编程节点ID号，支持最大255个节点。增加或减少节点时网络自动重构，支持重复节点ID检测。网络上所有的节点按节点ID由小到大的顺序构成一个逻辑环路，令牌沿着逻辑环在各个节点之间传递，获得令牌的节点就可以发送一个数据帧，如果没有数据发送，则令牌传递给相邻的下一个逻辑节点。令牌循环传递，为各个节点提供平等的网络访问服务。

COM20022和微处理器的接口

　　COM20022为了能适配更多的微处理器的类型，而不增加额外引脚，它具有自动适配微处理器的功能。既能兼容INTEL的微处理器(如图1)，又能兼容MOTOROLA的微处理器。接入的总线有复合方式和非复合方式两种。COM20022是通过地址线A0的状态来确定其数据总线的类型的。若A0接地，COM20022为复合总线；若A0接微处理器的地址线A0，则COM20022为非复合总线。

　　下面是COM20022确定其数据总线类型的初始化程序：

unsigned char Com20022Init(COM20022_CONFIG xdata *cfg)

{

                     ...

    /*intialize the bus type of the Com20022*/

    TO_ADDR_LO_REG( 0 );       /*奇地址写操作*/

    temp = FROM_ADDR_LO_REG( );     /*奇地址

                                   读操作*/

                     ...

 }

　　首先对COM20022的奇地址寄存器进行一次写操作，然后进行一次读操作。一旦总线类型被确定，COM20022将会保持这种接口模式不变，直到下次复位为止。

COM20022网络接口驱动芯片

　　COM20022在互联时，距离非常近时可以不加驱动器，比如同一个仪器的内部。两个或多个(不超过255个)ARCNET设备需要连接时，就需要加上驱动器。图2和图3中都是用75176，这是一个直流耦合RS-485驱动器。由于RS-485接口比较简单，只需要5类双绞线就可以传输，所以安装和维护都比较方便。为了更方便选择传输媒质，还可以使用SMSC的HYC9088A，这是一个双绞线和同轴电缆兼容的驱动器，但是它只支持最高2.5Mbps总线速率。如果需要传输距离更远时，可以使用光纤收发器，传输距离可达一公里以上。

组网

　　利用COM20022可以做网卡，插入计算机的扩展槽，用连接电缆让所接入的计算机组成令牌总线局域网，也可以利用COM20022做数据传输设备实现点到点或点到多点的数据传输。为了更好的组网，也可以使用HUB来扩展网络。HUB分为两类，一类是无源HUB，一类是有源HUB。无源HUB价格便宜。无源HUB一般有4个端口，用来连接星形结构的同轴电缆收发器。有源HUB实际是一种电路中继器，可以使用多种连接介质互联。覆盖范围远比无源HUB远，能隔离电缆故障和防止信号反射，常用于分布式星形网络。组网时，还需要用到终结器，使用同轴电缆时，任何不用的无源HUB端口或电缆都要用93Ω的终结器终结；使用双绞线时，终结器插入位于电缆末端的网卡上，终结器阻值为所用双绞线的特性阻抗的值。网卡、HUB、终结器三者具备后，就可以组网了，所组成的网络就是令牌总线局域网。

　　ARCNET令牌总线局域网布线方式主要有两种：一种是总线型，另一种是星型总线型。

总线结构

　　同轴电缆为连接介质的总线结构与以太网细缆方式相类似，如图2所示。ARCNET总线最大长度305米。可联接的设备最多8个。设备与总线的联接通过T型联接器，该联接器的顶部与电缆相连，底部与网卡相连。电缆两端必须用93W的终结器来终结。

　　当使用双绞线为连接介质时，即适合这种介质的网卡有两个端口，一端口连本节点，另一端口连下一节点，如此级连，最大可连17个节点(使用直流耦合的RS-485)。两端的网卡多余端口可以接上终结器。图3所示为带两个RJ11连接器的网卡，不连的两个端口接上了120W终结器。

星形总线结构

　　星形总线布线是以HUB为中心，形成一种多星形互连在一起的结构，如图4所示。这种结构之所以称为总线是由于所有工作站共享公共电缆。

　　这种结构可使用同轴电缆，也可使用双绞线。在使用同轴电缆时，HUB可以是有源的，也可以是无源的。如果使用有源HUB，总线电缆便插入其端口之一，其余的端口连接工作站。工作站与有源HUB的最大距离为610米。

　　当使用双绞线时，需要使用有源HUB， HUB与文件服务器相连，工作站也与其直接相连。在这种方式下，服务器或工作站与有源HUB之间的距离最大可为1220米。网卡上不用的端口必须用93Ω的终结器短接。表1给出组网时网段允许最大长度和单总线网段允许最大节点数(总线输率为2.5Mbps)。

结语

　　利用COM20022实现令牌总线局域网有许多优点。在实时控制等领域，媒质选择灵活，组网方便，是一款优秀的ARCNET控制器。目前在我单位研制的数字式车内通信系统中得到了较好的运用，在数据传输和实时语音通信都取得了较好的效果。

参考文献：

1.        Standard MicroSystems Corporation.COM20022 Rev. 04/20/2000