工业网络第四章优秀PPT.ppt
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1、工业网络第四章你现在浏览的是第一页,共60页引引 言言(1)LonWorks 是又一具有强劲实力的是又一具有强劲实力的现场总线技术现场总线技术,它是由,它是由美国美国 Echelon 公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同倡导,公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同倡导,于于 1990 年正式公布而形成的。它采用了年正式公布而形成的。它采用了 ISO 之之 OSI 模型的模型的全部七层通讯协议(最大特点),采用了面向对象的设计方法,通全部七层通讯协议(最大特点),采用了面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置,其通讯速率从过网络变量把网络通信设计简化为参数设置,其通讯速率从 300
2、bps 至至 15Mbps 不等,直接通信距离可达到不等,直接通信距离可达到 2700m(78kbps,双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、,双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质,并开发相应的本安防爆产射频、红外线、电源线等多种通信介质,并开发相应的本安防爆产品,被誉为通用控制网络。品,被誉为通用控制网络。你现在浏览的是第二页,共60页引引 言言(2)LonWorks 技术所采用的技术所采用的 LonTalk 协议被封装在称之为协议被封装在称之为 Neuron(神经元神经元)的芯片中并得以实现。集成芯片中有)的芯片中并得以实现。集成芯片中有 3 个个 8
3、位位 CPU;一个用于完成开放互连系统参考模型中第;一个用于完成开放互连系统参考模型中第 1 2 层的层的功能,称为媒体访问控制处理器,实现介质访问的控制与处理;功能,称为媒体访问控制处理器,实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成第第二个用于完成第 36 层的功能,称为网络处理器,进行网络层的功能,称为网络处理器,进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理,并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用网络管理,并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用处理器,执行操作系统服务与用户代码。处理器,执
4、行操作系统服务与用户代码。你现在浏览的是第三页,共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、LonWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言技术概要技术概要你现在浏览的是第四页,共60页LonWorks 技术概要技术概要 基于基于 LonWorks 技术的现场控制系统由技术的现场控制系统由LonWorks 节点,、路由器、节点,、路由器、LonTalk 协议、协议、LonWorks
5、收发器和收发器和LonWorks 网络管理五大部分构成,下图为网络管理五大部分构成,下图为 LON 总线构成总线构成的一个现场网络。的一个现场网络。q LonWorks 节点节点q LonWorks 路由器路由器q LonTalk 协议协议q LonWorks 收发器收发器q LonWorks 网络管理网络管理你现在浏览的是第五页,共60页LonWorks 节点节点 LonWorks 节点节点可以采用以可以采用以神经元芯片神经元芯片为核心的方式为核心的方式,即即神经元芯片神经元芯片加上收发器构成一个现场控制节点。由于加上收发器构成一个现场控制节点。由于神经神经元芯片元芯片功能有限,也可以功能有
6、限,也可以采用采用神经元芯片神经元芯片加主处理加主处理器的方式,把器的方式,把神经元芯片神经元芯片作为通信协议处理器,用作为通信协议处理器,用高性能的主处理器完成复高性能的主处理器完成复杂的测控功能。杂的测控功能。你现在浏览的是第六页,共60页RTR-10路由路由器核心模块器核心模块电源电源安装按钮安装按钮B口收发器口收发器A口收发器口收发器LonWorks 路由器路由器 LonWorks 路由器是路由器是 LON 总线中一个重要的组成部总线中一个重要的组成部分,也是其他总线所不具备的。它使现场总线不再受通信介分,也是其他总线所不具备的。它使现场总线不再受通信介质通信距离和通信速率的限制。质通
7、信距离和通信速率的限制。在在 LonWorks 技术中,技术中,路由器包括以下几种:中继器、路由器包括以下几种:中继器、桥接器、路由器。右图为采用桥接器、路由器。右图为采用RTR-10 路由器核心模块构成路由器核心模块构成的路由器框图。的路由器框图。你现在浏览的是第七页,共60页LonTalk 协议协议 LonTalk 是是 ISO 组织制定组织制定的的 OSI 开放系统互连参考模型的开放系统互连参考模型的七层协议的一个子集。七层协议的一个子集。LonTalk 协议提供四种报文协议提供四种报文服务:确认服务、请求服务:确认服务、请求/应答方式、应答方式、非确认重发方式和非确认方式。非确认重发方
8、式和非确认方式。你现在浏览的是第八页,共60页LonWorks 收发器收发器 LON 总线的一总线的一个重要特点就是它个重要特点就是它对多通信介质的支对多通信介质的支持,可以根据不同持,可以根据不同的现场环境选择不的现场环境选择不同收发器和介质。同收发器和介质。你现在浏览的是第九页,共60页LonWorks 网络管理网络管理 在在 LON 总线中,需要一个网络管理工具,这也是总线中,需要一个网络管理工具,这也是 LON 总线与其他总线所不同的地方总线与其他总线所不同的地方。q 网络安装网络安装q 网络维护网络维护q 网络监控网络监控 当单个节点建成以后,节点之间需要互当单个节点建成以后,节点之
9、间需要互相通信,这就需要一个网络工具为网络上的相通信,这就需要一个网络工具为网络上的节点分配逻辑地址,同时也需要将每个节点节点分配逻辑地址,同时也需要将每个节点的网络变量和显示报文连接起来;一旦网络的网络变量和显示报文连接起来;一旦网络系统建成正常运行以后,还需要对其进行维系统建成正常运行以后,还需要对其进行维护;对一个网络系统还需要有上位机能够随护;对一个网络系统还需要有上位机能够随时了解该网络的所有节点网络变量和显示报时了解该网络的所有节点网络变量和显示报文的变化情况文的变化情况。你现在浏览的是第十页,共60页LonWorks 开发工具开发工具 开开发发工工具具通通常常包包括括一一个个在在
10、多多个个节节点点上上开开发发和和调调试试应应用用程程序序的的环环境境,一一个个安安装装和和配配置置这这些些节节点点的的网网络络管管理理器器和和一一个个检检测测网网络络业业务务量量以以保保证证合合适适的的网网络络容容量量和和检检出出错错误误的的协协议议分分析析器器。埃埃施施朗朗的的 LonBuilder 工工具具能能组组合合各各种种配配置置,具具有有一一系系列列的的待待选选工工具具。开开发发工工具具使使制制造造商商能能方方便便、经经济济地地为为基基于于 LonWorks 的的控控制制网网设计和测试各个节点。设计和测试各个节点。现现在在有有几几家家公公司司供供应应开开发发、测测试试 LonWork
11、s 装装置置并并为为其其编编程程的的工工具具。此此外外,好好多多公公司司为为网网络络设设计计和和系系统统管管理理供供应应软软件件工工具具,例例如如埃埃施施朗朗的的LonMaker for Windows,以以及及 HMI 工具,例如工具,例如 Wonderware 的的 Intouch。你现在浏览的是第十一页,共60页LON 总线总线的的性能特点性能特点q 具有三个具有三个 CPU 的神经元芯片的神经元芯片 -链路(链路(MAC)CPU -网络(网络(NET)CPU -应用(应用(APP)CPUq 支持多种通信介质支持多种通信介质q 支持支持 OSI 全部七层协议,提供一个固化的网络操作系统全
12、部七层协议,提供一个固化的网络操作系统q 提供完整的开发平台提供完整的开发平台q 支持面向对象的编程,易实现网络的互操作性支持面向对象的编程,易实现网络的互操作性你现在浏览的是第十二页,共60页LonWorks 的的优点优点q LonWorks 技术的基本元件(技术的基本元件(Neuron 芯片芯片),同时),同时 具备了通讯与控制功能;具备了通讯与控制功能;q 改善了改善了CSMA,使网络在负载很重时不会导致网络瘫痪;,使网络在负载很重时不会导致网络瘫痪;q 网络通信采用了面向对象的设计方法,使网络通信的设计网络通信采用了面向对象的设计方法,使网络通信的设计 简化成为参数设置,不仅节省大量的
13、设计工作量,同时简化成为参数设置,不仅节省大量的设计工作量,同时 增加了通信的可靠性;增加了通信的可靠性;q LonWorks 技术通信的速率可达技术通信的速率可达 1.25Mbps;q LonWorks 技术一个监控网络上的节点数可达技术一个监控网络上的节点数可达 32000个;个;q LonWorks 技术的直接通信距离可达技术的直接通信距离可达 2700 米。米。你现在浏览的是第十三页,共60页第二部分第二部分 LonWorks 技术技术二、二、通信控制处理器通信控制处理器三、三、LonWorks LonWorks 通信通信四、四、通信协议通信协议 LonTalk本本 章章 小小 结结一
14、、一、LonWorks LonWorks 技术概要技术概要五、五、面向对象的编程语言面向对象的编程语言通信芯片通信芯片你现在浏览的是第十四页,共60页神经元芯片神经元芯片名称名称的的由来由来 为为了了经经济济、标标准准化化设设计计,埃埃施施朗朗公公司司采采用用了了神神经经元元芯芯片片。选选择择神神经经元元这这一一名名称称是是为为了了指指出出正正确确的的网网络络控控制制机机制制和和人人脑脑的的相相似似性性。人人脑脑中中没没有有控控制制中中心心,几几百百万万个个神神经经元元联联网网,每每个个神神经经元元通通过过为为数数众众多多的的路路径径向向其其它它神神经经元元发发送送信信息息。每每个个神神经经元
15、元通通常常都都奉奉献献于于某一专门功能,但失去任何一个不一定影响网络的整体性能。某一专门功能,但失去任何一个不一定影响网络的整体性能。就就开开发发者者和和集集成成人人员员来来说说,神神经经元元芯芯片片之之优优越越在在于于它它的的完完整整性性。内内装装协协议议和和处处理理器器免免除除了了在在这这些些方方面面的的任任何何开开发发和和编编程程。开开发发者者和和集集成成人人员员只只需需要要提提供供应应用用层层编编程程和和配配置置就就能能运运行行。这这样样就就使协议的实施标准化,并使开发和配置较为容易。使协议的实施标准化,并使开发和配置较为容易。你现在浏览的是第十五页,共60页神经元芯片神经元芯片简介简
16、介(1)大大部部分分 LonWorks 装装置置利利用用神神经经元元芯芯片片的的功功能能,并并将将其其用用作作控控制制处处理理器器。神神经经元元芯芯片片是是一一种种半半导导体体装装置置,专专门门设设计计用用于于为为低低价价控控制制装装置置提提供供智智能能的的联联网网能能力力。神神经经元元芯芯片片包包括括使使用用用用户户编编码码和和开开发发装装置置的的通通信信和和应应用用处处理理能能力力。埃埃施施朗朗公公司司设设计计了了最最初初的的神神经经元元,但但神神经经元元派派生生产产品品现现在在通通常常都都由由埃埃施施朗朗的的合合作作伙伙伴伴设设计计和和制制造造。Cypress 半半导导体体公公司司、摩摩
17、托托罗罗拉拉、东东芝芝等等是是那那些些芯芯片片的的当当前前生生产产者者。众众多多供供应应商商为为神神经经元元芯芯片片造造成成一个竞争环境,有助于使价格下降。一个竞争环境,有助于使价格下降。神神经经元元基基本本上上是是一一个个“芯芯片片上上的的系系统统”,由由多多个个微微处处理理器器,读读写写存存储储器器和和只只读读存存储储器器、通通信信和和I/O接接口口组组成成。只只读读存存储储器器包包含含操操作作系系统统、LonTalk通通信信协协议议和和I/O功功能能数数据据库库系系统统。芯芯片片有有用用于于装装置置数数据据和和应应用用程程序序的的非非易易失失性性RAM,两两者者都都可可从从通通信信网网络
18、络上上下下载载。在在制制造造时时,每每个个神神经经元元芯芯片片被被赋赋予予一一个个永永久久的的全全世世界界唯唯一一的的名名为为神神经经元元ID的的48位位码码。现现在在有有不不同同速速度度、存存储储器器类类型型和和容容量量、接接口口的的许许多多系系列列的的神神经经元元芯芯片片。至至1999年年初初就就发运了超过发运了超过7百万的百万的神经元芯片神经元芯片,某些种类的价格低于,某些种类的价格低于$3。你现在浏览的是第十六页,共60页神经元芯片神经元芯片简介简介(2)一一个个全全面面实实施施 LonTalk 协协议议的的称称为为 LonTalk 固固件件的的程程序序包包含含在在每每个个神神经经元元
19、芯芯片片的的 ROM 中中。这这使使得得神神经经元元能能保保证证在在每每个个装装置置中中公公共共协协议议的的应应用用以以完完全全相相同同的的方方式式实实施施。大大部部分分 LonWorks 装装置置包包括括一一个个具具有有完完全全相相同同的的嵌嵌入入式式LonTalk 协协议议实实施施工工具具的的神神经经元元芯芯片片。这这个个方方法法解解决决了了“99%兼兼容容性性”问问题题,并并保保证证 LonWorks 装装置置在在同同一一网网络络上上的的连连接接只只需需要要很很少少甚甚至至于于不不需需要要额额外外的的硬硬件件。神神经经元元芯芯片片实实际际上上是是结结合合成成一一体体的的 3 个个 8 位
20、位微微处处理理器器,其其中中 2 个个优优化化以以执执行行协协议议,第第 3 个个供供节节点点应应用用。所所以以,神神经经元元芯芯片片既既是是网网络络通通信信控控制制器器,又又是是应应用用处处理理器器。这这保保证证了了不不论论控控制制装装置置/网网络络来来自自哪哪个个制制造商,使这些装置能相互通信的内在协议是相同的。造商,使这些装置能相互通信的内在协议是相同的。每每个个神神经经元元芯芯片片都都有有一一个个被被保保证证是是唯唯一一的的 48 位位的的 ID。但但是是,这这个个 ID 通通常常只只用用于初始安装和诊断。为了简化正常的网络运行,在网络管理中使用了逻辑寻址方法。于初始安装和诊断。为了简
21、化正常的网络运行,在网络管理中使用了逻辑寻址方法。你现在浏览的是第十七页,共60页神神经经元元芯芯片片结结构构你现在浏览的是第十八页,共60页神神经经元元芯芯片片外外型型你现在浏览的是第十九页,共60页通信接口通信接口I/O 接口接口网络网络处理器处理器应用应用处理器处理器网络网络缓冲器缓冲器应用应用缓冲器缓冲器共享存储器共享存储器MAC处理器处理器处处 理理 器器 单单 元元q MAC处理器处理器:完成介质完成介质访问控制,访问控制,即即 OSI 模模 型中的第型中的第1-2层,包括碰撞回避算法;层,包括碰撞回避算法;q 网络处理器网络处理器:完成完成 OSI 模型中的第模型中的第 3-6
22、层协层协 议,处理网络变量、地址、认证、后台议,处理网络变量、地址、认证、后台 诊断、软件定时、网络管理和路由等进诊断、软件定时、网络管理和路由等进 程;程;q 应用处理器应用处理器:完成用户的编程完成用户的编程,其中包括用户程,其中包括用户程 序对操作系统的服务调用。序对操作系统的服务调用。你现在浏览的是第二十页,共60页存存 储储 器器 分分 配配q EEPROM:(512 Byte)网络配置和地址表,网络配置和地址表,48 位位 ID 号,用户应用程序代码和一般只读数据。号,用户应用程序代码和一般只读数据。q RAM:(2 kB)堆栈段、应用程序和系统程序的数据区,协议应用缓冲区和网络缓
23、冲区。堆栈段、应用程序和系统程序的数据区,协议应用缓冲区和网络缓冲区。q 64kB 存储器空间存储器空间:用户最多能用用户最多能用 58kB,剩余,剩余 6kB 用于系统内部映射用于系统内部映射。q 16kB 外部存储器空间外部存储器空间:用于存储用于存储 LON 的操作系统的操作系统。q 剩余存储器空间剩余存储器空间:可作为用户编写的应用代码以及应用程序所需的额外读写数据区可作为用户编写的应用代码以及应用程序所需的额外读写数据区。你现在浏览的是第二十一页,共60页输输 入入 输输 出出 端端 口口 神经元芯片与其它设备的互连是通过其上的神经元芯片与其它设备的互连是通过其上的 11 个个I/O
24、 引脚引脚 IO0 IO10。这些引脚可根据不同外设。这些引脚可根据不同外设I/O的要求,灵活配置的要求,灵活配置 I/O 方式:方式:q IO4 IO7:可以通过编程设置成上拉:可以通过编程设置成上拉;q IO0 IO3:带有大电流接收(:带有大电流接收(20mA););q IO0 IO10:带有:带有 TTL 标准的迟滞输入标准的迟滞输入;q IO0 IO7:带有低电平检测锁存。带有低电平检测锁存。神经元芯片的神经元芯片的 I/O 引脚不仅可自由配置其输入输出功能,引脚不仅可自由配置其输入输出功能,而且还可与定时器、而且还可与定时器、UART 模块等配合完成相应功能。模块等配合完成相应功能
25、。你现在浏览的是第二十二页,共60页定定 时时 器器 神经元芯片神经元芯片内有两个定时内有两个定时/计数器:计数器:q T1 为多路选择为多路选择 T/C:其输入可通过一个多路选择开关,:其输入可通过一个多路选择开关,从从 IO4 IO7 四个四个I/O 中选择一中选择一 个,输出可连至个,输出可连至IO0。q T2 为专用为专用 T/C:其输入是:其输入是 IO4,输出为,输出为 IO1。每个定时每个定时/计数器内包括:可以由计数器内包括:可以由 CPU 写入的写入的 16 位装入寄位装入寄 存器、存器、16 位计数器,可以由位计数器,可以由 CPU 读出的读出的 16 位锁存器。位锁存器。
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