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神經(jīng)元芯片的并口I/O對(duì)象及其應(yīng)用
摘要：Lonworks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片，文中詳細(xì)描述了神經(jīng)元芯片TMPN3150應(yīng)用模式中的一種——并行口I/O模式，給出了基于該并行口I/O模式開(kāi)發(fā)Lonworks協(xié)議與RS-232標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的互連適配器的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：Lonworks；神經(jīng)元芯片；并行口I/O模式；TMPN3150
１ 引言
１９９３年美國(guó)Ｅｃｈｅｌｏｎ公司發(fā)明了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)，該技術(shù)提供了一個(gè)開(kāi)放性很強(qiáng)且無(wú)專利權(quán)的底層通訊網(wǎng)絡(luò)——局部操作網(wǎng)絡(luò)（ＬＯＮ）。該通信協(xié)議采用Ｌｏｎｔａｌｋ?yún)f(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)采用神經(jīng)元芯片。神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ 芯片）是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)的核心，它含有Ｌｏｎｔａｌｋ 協(xié)議的固態(tài)軟件（簡(jiǎn)稱為固件），因而能進(jìn)行可靠地通訊。為了實(shí)現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ芯片與Ｉ／Ｏ設(shè)備之間的通信，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１個(gè)引腳可定義為３４種Ｉ／Ｏ對(duì)象，其中包括并行Ｉ／Ｏ對(duì)象、串行Ｉ／Ｏ對(duì)象、直接Ｉ／Ｏ對(duì)象、定時(shí)／計(jì)數(shù)器輸入對(duì)象等。用戶可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要在應(yīng)用程序中定義不同的Ｉ／Ｏ對(duì)象，然后調(diào)用ｉｏ ｉｎ??或ｉｏ ｏｕｔ??等函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Ｉ／Ｏ對(duì)象的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作，即實(shí)現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ 芯片與Ｉ／Ｏ設(shè)備之間的通信。文中介紹了神經(jīng)元芯片的一種Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式，即并行Ｉ／Ｏ模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉ／Ｏ Ｍｏｄｅ）。該神經(jīng)元芯片采用日本東芝公司的ＴＭＰＮ３１５０芯片。
ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)是一種常見(jiàn)的電氣和通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，而Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線在網(wǎng)絡(luò)通訊方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò)物理層支持多種通信介質(zhì)，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等），它以其突出的統(tǒng)一性、開(kāi)放性及互操作性受到各行各業(yè)的重視，并且作為現(xiàn)場(chǎng)總線中的佼佼者在國(guó)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域的測(cè)控系統(tǒng)中廣泛流行。因此，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的ＲＳ－２３２信號(hào)轉(zhuǎn)換為包含ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它ＬＯＮ節(jié)點(diǎn)以及ＬＯＮ網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備之間的通訊，具有拓寬ＬＯＮ應(yīng)用范圍的意義。筆者基于神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式設(shè)計(jì)了一個(gè)適配器，從而實(shí)現(xiàn)了ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線的集成。
圖1 基于TMPN3150的RS-232網(wǎng)絡(luò)與Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線的適配器硬件框圖
２ 神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式
通過(guò)定義并行Ｉ／Ｏ對(duì)象，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以實(shí)現(xiàn)與外接各類微處理器之間的雙向數(shù)據(jù)通信，并行口的速率可達(dá)３．３Ｍｂｐｓ。并行Ｉ／Ｏ對(duì)象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１個(gè)Ｉ／Ｏ口進(jìn)行通信，其中ＩＯ０～ＩＯ７為８根數(shù)據(jù)線，ＩＯ８～ＩＯ１０為控制信號(hào)線。并行口的工作方式有３種，即ｍａｓｔｅｒ、ｓｌａｖｅ－Ａ和ｓｌａｖｅ－Ｂ。在不同模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０這３根控制信號(hào)線的意義不同。筆者應(yīng)用的是ｓｌａｖｅ－Ａ模式，即從Ａ模式。
在從Ａ模式中，ＩＯ８為片選信號(hào)線（ＣＳ），ＩＯ９為讀寫(xiě)信號(hào)線（Ｒ／ Ｗ），ＩＯ１０為握手信號(hào)線（ＨＳ）。在此模式中，應(yīng)將Ｎｅｕｒｏｎ芯片作為從機(jī)（ｓｌａｖｅ），微處理器作為主機(jī)（ｍａｓｔｅｒ），主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過(guò)虛擬的寫(xiě)令牌傳遞協(xié)議（ｖｉｒｔｕａｌ ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ－ｐａｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）來(lái)實(shí)現(xiàn)。主機(jī)和從機(jī)交替地獲得寫(xiě)令牌（ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ），擁有寫(xiě)令牌的一方既可以寫(xiě)數(shù)據(jù)（不超過(guò)２５５個(gè)字節(jié)），也可以不寫(xiě)任何數(shù)據(jù)而傳送一個(gè)空令牌。傳送的數(shù)據(jù)要遵從一定的格式，即在要傳送的數(shù)據(jù)前面加上命令碼和所傳數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，命令碼有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（寫(xiě)數(shù)據(jù)）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（傳遞空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求從機(jī)同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（確認(rèn)同步）等四種，最后以ＥＯＭ字節(jié)結(jié)束。其中寫(xiě)數(shù)據(jù)和傳遞空令牌的格式分別為：
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在通信以前，主機(jī)和從機(jī)之間應(yīng)先建立握手信號(hào)，即ＨＳ信號(hào)有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)），然后，主機(jī)再送一個(gè)ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令要求從機(jī)同步。當(dāng)從機(jī)接收到這個(gè)信號(hào)后，則發(fā)送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ以表示同步完成，可以通信了。此后，寫(xiě)令牌就在主機(jī)和從機(jī)之間無(wú)限的交替?zhèn)鬟f，擁有寫(xiě)令牌的一方可以向數(shù)據(jù)總線上寫(xiě)數(shù)據(jù)，即主機(jī)可以往從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)，從機(jī)也可以將數(shù)據(jù)傳往主機(jī)。
３ 實(shí)例應(yīng)用
基于上述神經(jīng)元芯片ＴＭＰＮ３１５０的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式來(lái)實(shí)現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線的集成適配器主要由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和ＭＣＳ５１系列的Ｐ８９Ｃ５１單片機(jī)兩大部分組成。其中Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊用于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)通信管理，Ｐ８９Ｃ５１和ＭＡＸ２３２芯片則用來(lái)實(shí)現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路和協(xié)議。其硬件框圖如圖１所示。
適配器的軟件編寫(xiě)應(yīng)包括兩個(gè)部分。一部分為對(duì)主機(jī)程序的編寫(xiě)，可用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)。因?yàn)閺臋C(jī)（ＴＭＰＮ３１５０芯片）的并行模式是在芯片內(nèi)部定義的，它遵從虛擬的寫(xiě)令牌傳遞協(xié)議，所以需要編寫(xiě)Ｐ８９Ｃ５１程序來(lái)模擬ＴＭＰＮ３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的從Ａ模式，該程序主要完成與ＴＭＰＮ３１５０的同步、握手、令牌的傳送以及并行口數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)等四項(xiàng)工作。另一部分是編寫(xiě)從機(jī)程序，該程序應(yīng)使用神經(jīng)元芯片的編程語(yǔ)言——Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。當(dāng)從機(jī)將并口得到的報(bào)文進(jìn)行解析后，本系統(tǒng)將利用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的消息傳送機(jī)制將解析的消息傳送給適配器下層的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將適配器下層的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)以消息形式傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)或信息所構(gòu)成的Ｐ８９Ｃ５１能識(shí)別的報(bào)文通過(guò)并口傳送給Ｐ８９Ｃ５１。
４ 結(jié)論
利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的并行Ｉ／Ｏ模式實(shí)現(xiàn)Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和微處理器之間的數(shù)據(jù)交換是構(gòu)造Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線與ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)適配器的關(guān)鍵，這種簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)用的接口方法可以推廣到Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ控制模塊與其它計(jì)算機(jī)的并行數(shù)據(jù)通信中，特別是對(duì)已有的測(cè)控裝置改造為Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)、或者測(cè)控功能比較復(fù)雜而僅僅需要Ｎｅｕｒｏｎ作為通訊處理器的場(chǎng)合，同時(shí)，也可用于需用高檔ＣＰＵ來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用方面。
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