神經元芯片應用管理論文

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摘要：Lonworks技術的核心是神經元芯片，文中詳細描述了神經元芯片TMPN3150應用模式中的一種——并行口I/O模式，給出了基于該并行口I/O模式開發Lonworks協議與RS-232標準轉換的互連適配器的設計方案。

關鍵詞：Lonworks；神經元芯片；并行口I/O模式；TMPN3150

1引言

1993年美國Echelon公司發明了Lonworks技術，該技術提供了一個開放性很強且無專利權的底層通訊網絡——局部操作網絡（LON）。該通信協議采用Lontalk協議，網絡上的節點采用神經元芯片。神經元芯片（Neuron芯片）是Lonworks技術的核心，它含有Lontalk協議的固態軟件（簡稱為固件），因而能進行可靠地通訊。為了實現Neuron芯片與I／O設備之間的通信，Neuron芯片的11個引腳可定義為34種I／O對象，其中包括并行I／O對象、串行I／O對象、直接I／O對象、定時／計數器輸入對象等。用戶可根據實際應用的需要在應用程序中定義不同的I／O對象，然后調用ioin或ioout等函數來實現對I／O對象的數據讀寫操作，即實現Neuron芯片與I／O設備之間的通信。文中介紹了神經元芯片的一種I／O應用模式，即并行I／O模式（ParallelI／OMode）。該神經元芯片采用日本東芝公司的TMPN3150芯片。

RS－232標準是一種常見的電氣和通訊接口標準，而Lonworks現場總線在網絡通訊方面具有突出的優點（如網絡物理層支持多種通信介質，支持多種網絡拓撲結構等），它以其突出的統一性、開放性及互操作性受到各行各業的重視，并且作為現場總線中的佼佼者在國內各個領域的測控系統中廣泛流行。因此，將現場設備的RS－232信號轉換為包含LonTalk協議的信息來實現與其它LON節點以及LON網絡管理設備之間的通訊，具有拓寬LON應用范圍的意義。筆者基于神經元芯片的并行I／O應用模式設計了一個適配器，從而實現了RS－232通信網絡與Lonworks現場總線的集成。

圖1基于TMPN3150的RS-232網絡與Lonworks現場總線的適配器硬件框圖

2神經元芯片的并行I／O應用模式

通過定義并行I／O對象，Neuron芯片可以實現與外接各類微處理器之間的雙向數據通信，并行口的速率可達3．3Mbps。并行I／O對象利用Neuron的11個I／O口進行通信，其中IO0～IO7為8根數據線，IO8～IO10為控制信號線。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根控制信號線的意義不同。筆者應用的是slave－A模式，即從A模式。

在從A模式中，IO8為片選信號線（CS），IO9為讀寫信號線（R／W），IO10為握手信號線（HS）。在此模式中，應將Neuron芯片作為從機（slave），微處理器作為主機（master），主機和從機之間的數據傳輸可通過虛擬的寫令牌傳遞協議（virtualwritetoken－passingprotocol）來實現。主機和從機交替地獲得寫令牌（writetoken），擁有寫令牌的一方既可以寫數據（不超過255個字節），也可以不寫任何數據而傳送一個空令牌。傳送的數據要遵從一定的格式，即在要傳送的數據前面加上命令碼和所傳數據的長度，命令碼有CMD＿XFER（寫數據）、CMD＿NULL（傳遞空令牌）、CMD＿RESYNC（要求從機同步）、CMD＿ACKSYNC（確認同步）等四種，最后以EOM字節結束。其中寫數據和傳遞空令牌的格式分別為：

在通信以前，主機和從機之間應先建立握手信號，即HS信號有效（由TMPN3150的固件自動實現），然后，主機再送一個CMD＿RESYNC命令要求從機同步。當從機接收到這個信號后，則發送CMD＿ACKSYNC以表示同步完成，可以通信了。此后，寫令牌就在主機和從機之間無限的交替傳遞，擁有寫令牌的一方可以向數據總線上寫數據，即主機可以往從機寫數據，從機也可以將數據傳往主機。

3實例應用

基于上述神經元芯片TMPN3150的并行I／O應用模式來實現RS－232通信網絡與Lonworks現場總線的集成適配器主要由Lonworks控制模塊和MCS51系列的P89C51單片機兩大部分組成。其中Lonworks控制模塊用于Lonworks現場總線的網絡通信管理，P89C51和MAX232芯片則用來實現RS－232通信網絡的鏈路和協議。其硬件框圖如圖1所示。

適配器的軟件編寫應包括兩個部分。一部分為對主機程序的編寫，可用C語言編寫。因為從機（TMPN3150芯片）的并行模式是在芯片內部定義的，它遵從虛擬的寫令牌傳遞協議，所以需要編寫P89C51程序來模擬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據的讀寫等四項工作。另一部分是編寫從機程序，該程序應使用神經元芯片的編程語言——NeuronC語言來編寫。當從機將并口得到的報文進行解析后，本系統將利用NeuronC的消息傳送機制將解析的消息傳送給適配器下層的應用節點，同時將適配器下層的應用節點以消息形式傳送上來的數據或信息所構成的P89C51能識別的報文通過并口傳送給P89C51。

4結論

利用Neuron芯片的并行I／O模式實現Lonworks控制模塊和微處理器之間的數據交換是構造Lon-works現場總線與RS－232通信網絡適配器的關鍵，這種簡單、可靠、實用的接口方法可以推廣到Lon-works控制模塊與其它計算機的并行數據通信中，特別是對已有的測控裝置改造為Lonworks現場總線節點、或者測控功能比較復雜而僅僅需要Neuron作為通訊處理器的場合，同時，也可用于需用高檔CPU來進行數據處理的Lonworks現場節點的應用方面。