C166單片機PEC服務的PROFIBUS-FDL從站協(xié)議實現(xiàn)摘要:在詳盡西門子８０Ｃ１６６單片機ＰＥＣ服務工作機制和ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀格式的根底上,提出了基于該種單片機ＰＥＣ服務機制的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的實現(xiàn)方法,并在實際工作中得到成功應用.關鍵詞:８０Ｃ１６６ＰＥＣ服務ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ

當前工業(yè)設備制造技術正向高性能、專用化、分布式、網(wǎng)絡化方向發(fā)展.以前,大量使用ＰＬＣ實現(xiàn)的控制系統(tǒng),實踐證明雖然安全可靠,但由于ＰＬＣ本身的技術原因,很難到達更迅速的實時控制要求它們正被高性能的嵌入式專用控制器替代.這種專用控制器的設計,可以進一步提升設備的控制性能;引入現(xiàn)場總線技術,保證專用控制器的系統(tǒng)可集成性,以適應當前分布式、網(wǎng)絡化的應用趨勢.

本文是在研制棒材生產線飛剪的專用控制器時涉及的一個子課題.為保證該控制器能與現(xiàn)有ＰＬＣ網(wǎng)連接以及與遠程操作站通信,在幾乎不增多硬件的根底上,利用核心ＣＰＵ——西門子８０Ｃ１６６所具有的一個相似ＤＭＡ的功能高效率地實現(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議.

１西門子８０Ｃ１６６單片機

８０Ｃ１６６單片機是西門子Ｃ１６６系列１６位嵌入式微控制器的第一代產品.其體系構造如圖１所示.它結合ＲＩＳＣ處理器的優(yōu)勢,克服了ＣＩＳＣ處理器在嵌入式應用中的瓶頸;在２５ＭＨｚ時鐘頻率下,可到達１２.５ＭＩＰＳ,幾乎所有的指令執(zhí)行時間小于８０ｎｓ;在指令處理上,采用四級指令流水線管道構造;在存儲管理上,統(tǒng)一線性地址空間可達２５６ＫＢ,具有段代碼、頁數(shù)據(jù)式管理機制;采用存放器池,上下文切換時間只要８０ｎｓ;１６位乘法４００ｎｓ,３２位除法８００ｎｓ,間斷響應時間最慢４００ｎｓ;外部事件控制器ＰＥＣ服務具有好似ＤＭＡ的功能,可實現(xiàn)存儲器與外設之間的高速數(shù)據(jù)傳輸;豐富的在片外設:１ＫＢＲＡＭ、１０路Ａ／Ｄ、７６路Ｉ／Ｏ、７個定時器／計數(shù)器、１６個比較／捕獲單元、２個串行通信接口、在片的ＷＡＴＣＨＤＯＧ等.

圖1西門子80C166體系構造

２８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務

２.１８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務機制

ＰＥＣ是外部事件控制器的英文縮寫.ＰＥＣ服務是８０Ｃ１６６提供的一種特殊數(shù)據(jù)傳輸機制.其目的是在原有的間斷控制器根底上,用較小的硬件代價、盡或者少占用途理機周期實現(xiàn)內存與外部設備的迅速數(shù)據(jù)交換雷同ＤＭＡ,但無需專用的ＤＭＡ控制器.８０Ｃ１６６有８路ＰＥＣ服務通道.用ＰＥＣ服務開展一次數(shù)據(jù)傳輸,僅占用途理機一個機器周期２０ＭＨｚ時１００ｎｓ,且不影響當前程序的執(zhí)行.

２.２ＰＥＣ服務的工作過程

通常,當普通間斷事件發(fā)生時,系統(tǒng)將保存當前ＣＰＵ狀況ＰＳＷ和程序的地址;然后,憑據(jù)不同的間斷源,開展上下文切換,裝載相應的間斷矢量,執(zhí)行相應的間斷服務程序;執(zhí)行完后,恢復被間斷程序的上下文,繼續(xù)執(zhí)行被間斷程序.

對于某一ＰＥＣ服務,它老是與一具體間斷源、間斷矢量或間斷服務相連系.在８０Ｃ１６６中,當一個間斷的間斷優(yōu)先級為最高級１４或１５且定義了與之有關聯(lián)的ＰＥＣ服務通道時,該間斷就具有ＰＥＣ服務功能.這時,當該間斷請求發(fā)生時,將不觸發(fā)間斷服務程序的執(zhí)行,而是觸發(fā)ＰＥＣ服務.當ＰＥＣ服務經(jīng)過設定的若干次的外部事件觸發(fā)后,再觸發(fā)執(zhí)行相應的間斷服務程序(一個普通間斷過程).

如圖２所示.一次ＰＥＣ服務的工作過程是由ＰＥＣ控制存放器定義的,其中計數(shù)位域(８位傳送計數(shù)器)ＣＯＵＮＴ定義了ＰＥＣ服務的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù);源指針、目的指針指明具體的數(shù)據(jù)傳輸來源和目的;ＰＥＣ服務的數(shù)據(jù)傳輸過程完全由硬件執(zhí)行:當間斷請求發(fā)生時,由硬件將源指針所指單元的內容傳給目的指針所指的單元,然后由ＰＥＣ控制存放器相應定義位控制是源指針還是目的指針增多１或２,同時ＣＯＵＮＴ值減１;當多次間斷請求使ＣＯＵＮＴ減為０時,ＰＥＣ服務完成,觸發(fā)與之關聯(lián)的間斷服務程序.

２.３ＰＥＣ服務應用優(yōu)點

以串口接收一幀１６字節(jié)的數(shù)據(jù)為例.若采用傳統(tǒng)的串口接收方式,每接收到一字節(jié),形成一個間斷;在間斷服務程序中,要將它從串口接收緩沖器中取出,順序放到幀接收緩沖區(qū)相應單元中;當接收滿１６字節(jié)后,開展幀處理.

如果采用ＰＥＣ服務的方式,只要事先定義好ＰＥＣ通道就可以了.最初,定義串口接收間斷優(yōu)先級為１４或１５以及與之有關聯(lián)的ＰＥＣ通道.即定義相應ＰＥＣ通道控制存放器為:ＣＯＵＮＴ為１６字節(jié)傳輸,源指針為串口接收緩沖器,目的指針為幀接收緩沖區(qū)首址且每次傳輸完成后,目的指針加１.如此,串口每接收到一字節(jié),將觸發(fā)一次ＰＥＣ服務,由硬件將數(shù)據(jù)從串口接收緩沖器中取出,順序放到幀接收緩沖區(qū)相應單元中,但當前執(zhí)行的程序并不被間斷;當１６字節(jié)完全接收完成后,觸發(fā)串口接收間斷服務程序,開展幀的處理.

與傳統(tǒng)的串口接收方式相比較,ＰＥＣ服務方式在開展數(shù)據(jù)傳輸時不間斷當前程序的執(zhí)行,因此節(jié)省了大量的上下文切換時間,處理機效率得到大大升高.

下面鉆探采用８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務實現(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的方法.

３ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀構造

３.１ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀構造

ＰＲＯＦＩＢＵＳ幀的格式有多種形式,但對于從站來說,只要處理三種幀即可.

.無數(shù)據(jù)且長度固定的幀:

.帶數(shù)據(jù)域且長度固定的幀:

.帶數(shù)據(jù)域且長度可變的幀:

其中,各字段說明如下:

ＳＤ１:無數(shù)據(jù)幀的開始定界符,＃１０Ｈ;

ＳＤ２:可變長度幀的開始定界符,＃６８Ｈ;

ＳＤ３:固定長度幀的開始定界符,＃Ａ２Ｈ;

ＥＤ:結束定界符,＃１６Ｈ;

ＬＥ與ＬＥｒ:ＬＥ與ＬＥｒ一樣,都表示長度占一個字節(jié),它是ＤＡ＋ＳＡ＋ＦＣ＋ＤＡＴＡ－ＵＮＩＴ的字節(jié)數(shù)總數(shù);

ＤＡ與ＳＡ:ＤＡ目的站地址與ＳＡ源站地址各占一個字節(jié);

ＦＣＳ:校驗段,占一個字節(jié),它采用不計進位的求和運算得到校驗碼.校驗域為ＤＡ＋ＳＡ＋ＦＣ＋ＤＡＴＡ－ＵＮＩＴ;

ＦＣ:幀控制字字段,占一個字節(jié);

ＳＹＮ:同步字段,至少３３空閑位(邏輯電平１),但僅在請求幀及令牌幀前出現(xiàn),不允許在字符之間出現(xiàn).

３.２ＰＲＯＦＩＢＵＳ幀構造的特點

從上面的幀格式可以看出幀的長度不固定.發(fā)送時,幀的長度是已知的;但接收時,幀的長度是未知的.因此,要提升接收效率,只能采用分段方式接收,隨時解析和保存關鍵信息,并確定隨后接收的字節(jié)數(shù).

４ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的ＰＥＣ服務實現(xiàn)

ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站的數(shù)據(jù)接收及應答過程分三個階段完成:第一階段,幀的完整接收;第二階段,憑證接收到的ＦＣ幀控制字字段,判斷主站正在開展怎樣的數(shù)據(jù)請求;第三階段,從站組織應答幀,啟動幀的發(fā)送過程.

第二階段的幀控制字處理請參考ＰＲＯＦＩＢＵＳ標準的有關