基于TMPN3150芯片的神经元芯片的I/O应用模式的研究

１、引言

１９９３年美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司发明了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技术，该技术提供了一个开放性很强且无专利权的底层通讯网络——局部操作网络（ＬＯＮ）。该通信协议采用Ｌｏｎｔａｌｋ协议，网络上的节点采用神经元芯片。神经元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ 芯片）是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技术的核心，它含有Ｌｏｎｔａｌｋ 协议的固态软件（简称为固件），因而能进行可靠地通讯。为了实现Ｎｅｕｒｏｎ芯片与Ｉ／Ｏ设备之间的通信，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１个引脚可定义为３４种Ｉ／Ｏ对象，其中包括并行Ｉ／Ｏ对象、串行Ｉ／Ｏ对象、直接Ｉ／Ｏ对象、定时／计数器输入对象等。用户可根据实际应用的需要在应用程序中定义不同的Ｉ／Ｏ对象，然后调用ｉｏ ｉｎ？？或ｉｏ ｏｕｔ？？等函数来实现对Ｉ／Ｏ对象的数据读写操作，即实现Ｎｅｕｒｏｎ 芯片与Ｉ／Ｏ设备之间的通信。文中介绍了神经元芯片的一种Ｉ／Ｏ应用模式，即并行Ｉ／Ｏ模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉ／Ｏ Ｍｏｄｅ）。该神经元芯片采用日本东芝公司的ＴＭＰＮ３１５０芯片。

ＲＳ－２３２标准是一种常见的电气和通讯接口标准，而Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线在网络通讯方面具有突出的优点（如网络物理层支持多种通信介质，支持多种网络拓扑结构等），它以其突出的统一性、开放性及互操作性受到各行各业的重视，并且作为现场总线中的佼佼者在国内各个领域的测控系统中广泛流行。因此，将现场设备的ＲＳ－２３２信号转换为包含ＬｏｎＴａｌｋ协议的信息来实现与其它ＬＯＮ节点以及ＬＯＮ网络管理设备之间的通讯，具有拓宽ＬＯＮ应用范围的意义。笔者基于神经元芯片的并行Ｉ／Ｏ应用模式设计了一个适配器，从而实现了ＲＳ－２３２通信网络与Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线的集成。

２、神经元芯片的并行Ｉ／Ｏ应用模式

通过定义并行Ｉ／Ｏ对象，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以实现与外接各类微处理器之间的双向数据通信，并行口的速率可达３．３Ｍｂｐｓ。并行Ｉ／Ｏ对象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１个Ｉ／Ｏ口进行通信，其中ＩＯ０～ＩＯ７为８根数据线，ＩＯ８～ＩＯ１０为控制信号线。并行口的工作方式有３种，即ｍａｓｔｅｒ、ｓｌａｖｅ－Ａ和ｓｌａｖｅ－Ｂ。在不同模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０这３根控制信号线的意义不同。笔者应用的是ｓｌａｖｅ－Ａ模式，即从Ａ模式。

在从Ａ模式中，ＩＯ８为片选信号线（ＣＳ），ＩＯ９为读写信号线（Ｒ／ Ｗ），ＩＯ１０为握手信号线（ＨＳ）。在此模式中，应将Ｎｅｕｒｏｎ芯片作为从机（ｓｌａｖｅ），微处理器作为主机（ｍａｓｔｅｒ），主机和从机之间的数据传输可通过虚拟的写令牌传递协议（ｖｉｒｔｕａｌ ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ－ｐａｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）来实现。主机和从机交替地获得写令牌（ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ），拥有写令牌的一方既可以写数据（不超过２５５个字节），也可以不写任何数据而传送一个空令牌。传送的数据要遵从一定的格式，即在要传送的数据前面加上命令码和所传数据的长度，命令码有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（写数据）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（传递空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求从机同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（确认同步）等四种，最后以ＥＯＭ字节结束。其中写数据和传递空令牌的格式分别为：

在通信以前，主机和从机之间应先建立握手信号，即ＨＳ信号有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自动实现），然后，主机再送一个ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令要求从机同步。当从机接收到这个信号后，则发送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ以表示同步完成，可以通信了。此后，写令牌就在主机和从机之间无限的交替传递，拥有写令牌的一方可以向数据总线上写数据，即主机可以往从机写数据，从机也可以将数据传往主机。

３、实例应用

基于上述神经元芯片ＴＭＰＮ３１５０的并行Ｉ／Ｏ应用模式来实现ＲＳ－２３２通信网络与Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线的集成适配器主要由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块和ＭＣＳ５１系列的Ｐ８９Ｃ５１单片机两大部分组成。其中Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块用于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线的网络通信管理，Ｐ８９Ｃ５１和ＭＡＸ２３２芯片则用来实现ＲＳ－２３２通信网络的链路和协议。其硬件框图如图１所示。

适配器的软件编写应包括两个部分。一部分为对主机程序的编写，可用Ｃ语言编写。因为从机（ＴＭＰＮ３１５０芯片）的并行模式是在芯片内部定义的，它遵从虚拟的写令牌传递协议，所以需要编写Ｐ８９Ｃ５１程序来模拟ＴＭＰＮ３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的从Ａ模式，该程序主要完成与ＴＭＰＮ３１５０的同步、握手、令牌的传送以及并行口数据的读写等四项工作。另一部分是编写从机程序，该程序应使用神经元芯片的编程语言——Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ语言来编写。当从机将并口得到的报文进行解析后，本系统将利用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的消息传送机制将解析的消息传送给适配器下层的应用节点，同时将适配器下层的应用节点以消息形式传送上来的数据或信息所构成的Ｐ８９Ｃ５１能识别的报文通过并口传送给Ｐ８９Ｃ５１。

４、结论

利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的并行Ｉ／Ｏ模式实现Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模块和微处理器之间的数据交换是构造Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ现场总线与ＲＳ－２３２通信网络适配器的关键，这种简单、可靠、实用的接口方法可以推广到Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ控制模块与其它计算机的并行数据通信中，特别是对已有的测控装置改造为Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场总线节点、或者测控功能比较复杂而仅仅需要Ｎｅｕｒｏｎ作为通讯处理器的场合，同时，也可用于需用高档ＣＰＵ来进行数据处理的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ现场节点的应用方面。

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