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基于80C166單片機PEC服務(wù)的PROFIBUS-FDL從站協(xié)議實(shí)現
摘要：在詳細分析西門(mén)子８０Ｃ１６６單片機ＰＥＣ服務(wù)工作機制和ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀格式的基礎上，提出了基于該種單片機ＰＥＣ服務(wù)機制的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的實(shí)現方法，并在實(shí)際工作中得到成功應用。當前工業(yè)設備制造技術(shù)正向高性能、專(zhuān)用化、分布式、網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。以前，大量使用ＰＬＣ實(shí)現的控制系統，實(shí)踐證明雖然安全可靠，但由于ＰＬＣ本身的技術(shù)原因，很難達到更快速的實(shí)時(shí)控制要求?它們正被高性能的嵌入式專(zhuān)用控制器替代。這種專(zhuān)用控制器的設計，可以進(jìn)一步提高設備的控制性能；引入現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，保證專(zhuān)用控制器的系統可集成性，以適應當前分布式、網(wǎng)絡(luò )化的應用趨勢。
本文是在研制棒材生產(chǎn)線(xiàn)飛剪的專(zhuān)用控制器時(shí)涉及的一個(gè)子課題。為保證該控制器能與現有ＰＬＣ網(wǎng)連接以及與遠程操作站通信，在幾乎不增加硬件的基礎上，利用核心ＣＰＵ——西門(mén)子８０Ｃ１６６所具有的一個(gè)類(lèi)似ＤＭＡ的功能高效率地實(shí)現ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議。
１ 西門(mén)子８０Ｃ１６６單片機
８０Ｃ１６６單片機是西門(mén)子Ｃ１６６系列１６位嵌入式微控制器的第一代產(chǎn)品。其體系結構如圖１所示。它結合ＲＩＳＣ處理器的優(yōu)點(diǎn)，克服了ＣＩＳＣ處理器在嵌入式應用中的瓶頸；在２５ＭＨｚ時(shí)鐘頻率下，可達到１２．５ＭＩＰＳ，幾乎所有的指令執行時(shí)間小于８０ｎｓ；在指令處理上，采用四級指令流水線(xiàn)管道結構；在存儲管理上，統一線(xiàn)性地址空間可達２５６ＫＢ，具有段?代碼?、頁(yè)?數據?式管理機制；采用寄存器池，上下文切換時(shí)間只要８０ｎｓ；１６位乘法４００ｎｓ，３２位除法８００ｎｓ，中斷響應時(shí)間最慢４００ｎｓ；外部事件控制器ＰＥＣ服務(wù)具有類(lèi)似ＤＭＡ的功能，可實(shí)現存儲器與外設之間的高速數據傳輸；豐富的在片外設：１ＫＢ ＲＡＭ、１０路Ａ／Ｄ、７６路Ｉ／Ｏ、７個(gè)定時(shí)器／計數器、１６個(gè)比較／捕獲單元、２個(gè)串行通信接口、在片的ＷＡＴＣＨＤＯＧ等。
圖1 西門(mén)子80C166體系結構
２ ８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)
２．１ ８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)機制
ＰＥＣ是外部事件控制器的英文縮寫(xiě)。ＰＥＣ服務(wù)是８０Ｃ１６６提供的一種特殊數據傳輸機制。其目的是在原有的中斷控制器基礎上，用較小的硬件代價(jià)、盡可能少占用處理機周期實(shí)現內存與外部設備的快速數據交換?類(lèi)似ＤＭＡ，但無(wú)需專(zhuān)用的ＤＭＡ控制器?。８０Ｃ１６６有８路ＰＥＣ服務(wù)通道。用ＰＥＣ服務(wù)進(jìn)行一次數據傳輸，僅占用處理機一個(gè)機器周期?２０ＭＨｚ時(shí)１００ｎｓ，且不影響當前程序的執行。
２．２ ＰＥＣ服務(wù)的工作過(guò)程
通常，當普通中斷事件發(fā)生時(shí)，系統將保存當前ＣＰＵ狀態(tài)ＰＳＷ和程序的地址；然后，根據不同的中斷源，進(jìn)行上下文切換，裝載相應的中斷矢量，執行相應的中斷服務(wù)程序；執行完后，恢復被中斷程序的上下文，繼續執行被中斷程序。
對于某一ＰＥＣ服務(wù)，它總是與一具體中斷源、中斷矢量或中斷服務(wù)相聯(lián)系。在８０Ｃ１６６中，當一個(gè)中斷的中斷優(yōu)先級為最高級１４或１５且定義了與之相關(guān)聯(lián)的ＰＥＣ服務(wù)通道時(shí)，該中斷就具有ＰＥＣ服務(wù)功能。這時(shí)，當該中斷請求發(fā)生時(shí)，將不觸發(fā)中斷服務(wù)程序的執行，而是觸發(fā)ＰＥＣ服務(wù)。當ＰＥＣ服務(wù)經(jīng)過(guò)設定的若干次的外部事件觸發(fā)后，再觸發(fā)執行相應的中斷服務(wù)程序(一個(gè)普通中斷過(guò)程)。
如圖２所示。一次ＰＥＣ服務(wù)的工作過(guò)程是由ＰＥＣ控制寄存器定義的，其中計數位域(８位傳送計數器)ＣＯＵＮＴ定義了ＰＥＣ服務(wù)的數據傳輸次數；源指針、目的指針指明具體的數據傳輸來(lái)源和目的；ＰＥＣ服務(wù)的數據傳輸過(guò)程完全由硬件執行：當中斷請求發(fā)生時(shí)，由硬件將源指針所指單元的內容傳給目的指針所指的單元，然后由ＰＥＣ控制寄存器相應定義位控制是源指針還是目的指針增加１或２，同時(shí)ＣＯＵＮＴ值減１；當多次中斷請求使ＣＯＵＮＴ減為０時(shí)，ＰＥＣ服務(wù)完成，觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的中斷服務(wù)程序。
２．３ ＰＥＣ服務(wù)應用優(yōu)勢
以串口接收一幀１６字節的數據為例。若采用傳統的串口接收方式，每接收到一字節，產(chǎn)生一個(gè)中斷；在中斷服務(wù)程序中，要將它從串口接收緩沖器中取出，順序放到幀接收緩沖區相應單元中；當接收滿(mǎn)１６字節后，進(jìn)行幀處理。
如果采用ＰＥＣ服務(wù)的方式，只要事先定義好ＰＥＣ通道就可以了。首先，定義串口接收中斷優(yōu)先級為１４或１５以及與之相關(guān)聯(lián)的ＰＥＣ通道。即定義相應ＰＥＣ通道控制寄存器為：ＣＯＵＮＴ為１６字節傳輸，源指針為串口接收緩沖器，目的指針為幀接收緩沖區首址且每次傳輸完成后，目的指針加１。這樣，串口每接收到一字節，將觸發(fā)一次ＰＥＣ服務(wù)，由硬件將數據從串口接收緩沖器中取出，順序放到幀接收緩沖區相應單元中，但當前執行的程序并不被中斷；當１６字節完全接收完成后，觸發(fā)串口接收中斷服務(wù)程序，進(jìn)行幀的處理。
與傳統的串口接收方式相比較，ＰＥＣ服務(wù)方式在進(jìn)行數據傳輸時(shí)不中斷當前程序的執行，因此節省了大量的上下文切換時(shí)間，處理機效率得到大大提高。
下面討論采用８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服務(wù)實(shí)現ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ從站協(xié)議的方法。
３ ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀結構分析
３．１ ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ幀結構
ＰＲＯＦＩＢＵＳ幀的格式有多種形式，但對于從站來(lái)說(shuō)，只要處理三種幀即可。
．無(wú)數據且長(cháng)度固定的幀：
．帶數據域且長(cháng)度固定的幀:
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