互聯(lián)適配器是ＬＯＮ網(wǎng)與ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ的接口，在通信過程中起著關(guān)鍵的作用，它既完成了ＬＯＮ網(wǎng)與ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ的互聯(lián)，又實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交換。互聯(lián)適配器作為ＬＯＮ網(wǎng)的一個特殊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點——通信處理器，能按照ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議與ＬｏｎＷｏｒｋｓ總線上所有分布在現(xiàn)場的智能節(jié)點進行對等的數(shù)據(jù)通信，起到上傳下達的橋梁作用。當(dāng)現(xiàn)場的測控設(shè)備有數(shù)據(jù)送到ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)上時，互聯(lián)適配器負責(zé)把所有發(fā)送給它的信息接收下來，將測控設(shè)備發(fā)送來的ＬｏｎＴａｌｋ顯式報文重新打包裝幀，向ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ發(fā)送。同時，它將從ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ接收來的已解析的數(shù)據(jù)按ＬｏｎＷｏｒｋｓ現(xiàn)場總線通信協(xié)議構(gòu)造ＬｏｎＴａｌｋ顯式報文，發(fā)送給ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)上的測控設(shè)備。
相對ＵＳＢ系統(tǒng)而言，ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ是ＵＳＢ主機，互聯(lián)適配器只是ＵＳＢ外部設(shè)備。在整個ＵＳＢ系統(tǒng)中只有一個主控制器，即主機（ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ），主機是總線控制者，ＵＳＢ設(shè)備響應(yīng)主機請求。系統(tǒng)軟件設(shè)計部分也是針對主機和外部設(shè)備這兩部分展開的。
１．２ 工作原理
互聯(lián)適配器中采用Ｎｅｕｒｏｎ芯片預(yù)定義的并口Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式實現(xiàn)雙ＣＰＵ的通信，并行口的速率可達３．３Ｍｂｐｓ，實現(xiàn)了高數(shù)據(jù)速率。
并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式下利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１個Ｉ／Ｏ口進行通信，其中，ＩＯ０～ＩＯ７為雙向數(shù)據(jù)線，ＩＯ８～ＩＯ１０為控制信號線，借助令牌傳遞／握手協(xié)議，并行Ｉ／Ｏ口可用來外接處理器，實現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ芯片與外接各類微處理器之間的雙向數(shù)據(jù)通信，在這里采用ＥＺ－ＵＳＢ單片機與Ｎｅｕｒｏｎ芯片互連。主機ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ控制ＵＳＢ外部設(shè)備，通過互聯(lián)適配器與ＬＯＮ網(wǎng)各現(xiàn)場節(jié)點通信，其實質(zhì)就是互聯(lián)適配器中ＥＺ－ＵＳＢ單片機與Ｎｅｕｒｏｎ芯片之間的通信。
并行口的工作方式有三種，即主模式、從Ａ模式、從Ｂ模式。不同的模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０這三根控制信號線的意義不同，這里應(yīng)用的是從Ａ模式。在從Ａ模式中，認為Ｎｅｕｒｏｎ芯片為從ＣＰＵ，ＥＺ－ＵＳＢ單片機為主ＣＰＵ，主ＣＰＵ和從ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳輸通過虛擬的寫令牌傳遞協(xié)議（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｗｒｉｔｅ Ｔｏｋｅｎ－Ｐａｓｓｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）得以實現(xiàn)。主ＣＰＵ和從ＣＰＵ交替地獲得寫令牌（Ｗｒｉｔｅ Ｔｏｋｅｎ），只有擁有寫令牌的一方可以寫數(shù)據(jù)（不超過２５５個字節(jié)），或者不寫任何數(shù)據(jù)傳送一個空令牌。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)前面加上命令碼和傳送的數(shù)據(jù)長度，命令碼有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（寫數(shù)據(jù)）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（傳遞空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求從機同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（確認同步）四種，最后以ＥＯＭ字節(jié)結(jié)束。在從Ａ方式中，整個握手／應(yīng)答協(xié)議以及數(shù)據(jù)傳送的實現(xiàn)過程是自動完成的。在通信以前，主ＣＰＵ和從ＣＰＵ之間先建立握手信號，即ＨＳ信號有效（這由３１５０的固件自動實現(xiàn)）。然后，主ＣＰＵ再送一個ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令，要求從ＣＰＵ同步，而從ＣＰＵ接收到這個信號以后，則發(fā)送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ，表示已經(jīng)同步、可以通信了。同步以后，虛寫令牌就在主ＣＰＵ和從ＣＰＵ之間無限地、交替地傳遞，擁有虛寫令牌的一方就可以向數(shù)據(jù)總線上寫數(shù)據(jù)，即主ＣＰＵ可以往從ＣＰＵ寫數(shù)據(jù)，從機也可以將數(shù)據(jù)傳往主ＣＰＵ。
需要特別說明的是，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的握手及令牌傳遞的實現(xiàn)是自動的，但是對于非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微處理器（ＥＺ－ＵＳＢ），就要求編程人員通過編程使非Ｎｅｕｒｏｎ芯片的微處理器能夠執(zhí)行Ｎｅｕｒｏｎ芯片的握手／令牌傳遞算法，也即是復(fù)制Ｎｅｕｒｏｎ芯片的行為，從而實現(xiàn)雙方的通信。
圖2 互聯(lián)適配器硬件結(jié)構(gòu)框圖
２ 硬件設(shè)計
互聯(lián)適配器的結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，主要由神經(jīng)元芯片和ＥＺ－ＵＳＢ單片機組成。
神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)的核心?熏 芯片中含有Ｌｏｎｔａｌｋ?yún)f(xié)議的固態(tài)軟件（簡稱固件），使其能可靠地通信。神經(jīng)元芯片主要包含ＴＭＰＮ３１５０和ＴＭＰＮ３１２０兩大系列，由日本東芝公司生產(chǎn)。ＴＭＰＮ３１５０支持外部存儲器，適合更為復(fù)雜的應(yīng)用，而ＴＭＰＮ３１２０則不支持外部存儲器，它本身帶ＲＯＭ。所以，在互聯(lián)適配器的設(shè)計中選用的是ＴＭＰＮ３１５０，該芯片內(nèi)有三個微處理器，即ＭＡＣ處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器。對神經(jīng)元芯片進行外圍電路的設(shè)計和擴展，使之成為ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)上的一個特殊的ＬＯＮ節(jié)點，這樣它不僅可以與ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)上的ＬＯＮ節(jié)點進行通信，還可以作為適配器的協(xié)通信處理器。
ＴＭＰＮ３１５０片內(nèi)存儲器的地址范圍是Ｅ８００Ｈ～ＦＦＦＦＨ，包括２ＫＢ的ＲＡＭ、０．５ＫＢ的ＥＥＰＲＯＭ、２．５ＫＢ保留空間和１ＫＢ的用于存儲器映象Ｉ／Ｏ的空間。ＴＭＰＮ３１５０有１６根地址線，可尋址６４Ｋ空間，可以外接存儲器，如ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ等。由于開發(fā)Ｎｅｕｒｏｎ芯片時采用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ語言，內(nèi)存占用大，另外其作為通信協(xié)議處理器使用要求有大量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，而僅僅利用３１５０內(nèi)部的２ＫＲＡＭ空間是遠遠不夠的，因此擴展了外部存儲器ＦＬＡＳＨ和ＲＡＭ。ＦＬＡＳＨ選用ＡＴ２９Ｃ５１２，其地址范圍是００００Ｈ～７ＦＦＦＨ；ＲＡＭ選用ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ，其地址范圍是８０００Ｈ～ＤＦＦＦＨ。ＡＴ２９Ｃ５１２和ＩＳ６１Ｃ２５６ＡＨ－１５Ｎ的地址范圍由Ｎｅｕｒｏｎ芯片的地址線和控制線Ｅ及相關(guān)的邏輯門電路來確定。神經(jīng)元芯片的晶振為１０ＭＨｚ。Ｎｅｕｒｏｎ芯片與ＬＯＮ的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的接口采用上海工業(yè)自動化儀表研究所生產(chǎn)的雙絞線收發(fā)器。收發(fā)器按其傳輸速率可以分為ＴＰＴ／ＸＦ－７８（傳輸速率為７８ｋｂｐｓ）、ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０（傳輸速率為１．２５Ｍｋｂｐｓ）兩種型號，用于滿足不同的通訊要求。這里選用的是ＴＰＴ／ＸＦ－１２５０。
ＥＺ－ＵＳＢ單片機采用的是ＥＺ－ＵＳＢ２１００系列中具有４４個引腳的ＡＮ２１３１Ｓ。ＡＮ２１３１Ｓ是互聯(lián)適配器的主ＣＰＵ，利用其Ｉ／Ｏ端口足以完成所需的功能。ＥＺ－ＵＳＢ芯片中包含內(nèi)部程序／數(shù)據(jù)ＲＡＭ共８ＫＢ?熏不再需要ＲＯＭ或其它非易失性存儲器。主ＣＰＵ與輔ＣＰＵ的連接很簡單，即與輔ＣＰＵ的１１個Ｉ／Ｏ口進行連接。單片機的ＰＢ口接上輔ＣＰＵ的ＩＯ０～ＩＯ７，為兩個ＣＰＵ的并行通訊數(shù)據(jù)端口。單片機的ＰＣ０～ＰＣ２分別接神經(jīng)元芯片ＩＯ８～ＩＯ１０，完成控制功能。ＡＮ２１３１Ｓ再通過引腳ＵＳＢＤ＋和ＵＳＢＤ－與主機ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ互聯(lián)。
３ 軟件設(shè)計
適配器的軟件程序設(shè)計分為兩大塊。一塊為對主機ＰＣ／Ｌａｐｔｏｐ程序的軟件設(shè)計，另一塊為對外圍ＵＳＢ設(shè)備——互聯(lián)適配器程序的軟件設(shè)計。
３．１ ＵＳＢ主機的軟件設(shè)計
