一種基于半雙工通信系統的通信控制協(xié)議設計

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　　摘要：在許多控制系統中需要一個(gè)高效、簡(jiǎn)單、可靠的通信控制協(xié)議，用以保證設備將控制信息準確的發(fā)往目標設備。由于控制信息數據量小不需要進(jìn)行雙工通信，因此本文提出的通信控制協(xié)議只針對于半雙工通信控制系統。此外本協(xié)議具有通用性，可方便的移植到其他半雙工系統。

　　關(guān)鍵詞：控制、通信、協(xié)議、半雙工

　　當系統中的各個(gè)設備通過(guò)某種物理鏈路相互聯(lián)接起來(lái)以后，并不意味著(zhù)它們之間就能夠立刻進(jìn)行數據交換了。設備之間要進(jìn)行通行還需要有通信的規則即通信協(xié)議。通信協(xié)議通常要規定通信的開(kāi)始與結束，數據的接受者，所傳送數據的校驗方式以及鏈路的電氣接口參數等。

　　目前常見(jiàn)的協(xié)議有基于以太網(wǎng)的IEEE 802.3協(xié)議，基于CAN-BUS總線(xiàn)的CANopen協(xié)議等等。這些協(xié)議通常都比較成熟，它們或通信速度快、或通信可靠性高或抗干擾能力強，因而得到了廣泛的應用。但是在一些要求比較特殊的場(chǎng)合這些協(xié)議就不一定適用了。本文針對于對通信速度要求不高、對價(jià)格控制比較嚴格系統，特別是控制系統設計了一種協(xié)議。這種協(xié)議基于半雙工通信系統，具有通用性。

　　硬件系統參考模型如：圖1-1：系統是由一個(gè)總線(xiàn)控制器與若干個(gè)設備之間通過(guò)同一通信總線(xiàn)連接�？偩�(xiàn)控制器與設備，設備與設備之間能進(jìn)行半雙工通信。

　　由于采用的是總線(xiàn)連接方式可以使得系統的成本大大降低，但是由于總線(xiàn)的特點(diǎn)不允許同時(shí)有兩個(gè)或以上的設備發(fā)送數據。因此需要總線(xiàn)控制器對總線(xiàn)的控制權進(jìn)行分配。

　　具體的通信過(guò)程類(lèi)似于令牌環(huán)網(wǎng)，首先總線(xiàn)控制器會(huì )登記在總線(xiàn)上的設備地址，然后按照一定的算法發(fā)出某一設備的總線(xiàn)控制允許信號。設備在沒(méi)有得到總線(xiàn)控制允許信號時(shí)都時(shí)處于聽(tīng)者狀態(tài)的，一旦收到屬于自己的總線(xiàn)控制信號后則將數據發(fā)送到總線(xiàn)上。設備發(fā)送數據時(shí)總線(xiàn)控制器處于聽(tīng)者狀態(tài)一旦受到設備數據發(fā)送完畢信號立即將下一設備的總線(xiàn)允許控制信號發(fā)出，從而將總線(xiàn)控制權交給下一個(gè)設備。

　　在通信系統中通常把要傳輸的信息分成若干個(gè)塊來(lái)傳送，每個(gè)塊加上控制信息成為一幀。同樣在本協(xié)議的參考模型中數據的傳送也是以幀為單位的，并且設備在一次總周期中只能發(fā)送一幀。本協(xié)議采用組幀技術(shù)[1]。規定幀的正常開(kāi)始與結束用二進(jìn)制串01n0(n取6表示6個(gè)連續的1)稱(chēng)為Flag。當設備接收到6個(gè)連續的‘1’時(shí)表示一幀的正常開(kāi)始，再接收到連續的劉個(gè)‘1’時(shí)表示一幀的正常結束。如設備接收到連續的7個(gè)或以上時(shí)表示非正常開(kāi)始或結束。如幀中的數據有連續的6個(gè)‘1’時(shí)，則在連續的5個(gè)‘1’后插入一個(gè)‘0’來(lái)解決與Flag的沖突。設備在接收到連續的5個(gè)‘1’后自動(dòng)將其后的‘0’刪除，如在其后的時(shí)‘1’則表示一幀的結束。

　　考慮到低速系統采用處理器多為8位數據，且本協(xié)議傳送的數據主要為控制信息。規定一幀的長(cháng)度位32個(gè)二進(jìn)制位，其中高八位與低八位為幀開(kāi)始與結束的Flag，中間16位為數據位。

　　如同信數據為控制信息這可規定數據位中高8位為地址數據如出現又連續6個(gè)‘1’的情況，則使用數據位中低8位的最高位擴展。數據位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱(chēng)為C_flag，其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗位。C_Flag的0H與fH保留用于總線(xiàn)控制器。0H用于總線(xiàn)控制權移交，fH用于登記地址。

　　典型應用：

　　系統采用圖1-1所示模型，共有三個(gè)設備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線(xiàn)控制器發(fā)出地址登記命令，如有該地址設備則該設備發(fā)出與總線(xiàn)控制器先前發(fā)處信號相同信號，總線(xiàn)控制器登記該地址。如總線(xiàn)控制器發(fā)出7e003d7eH登記00H設備，受到信號后00H設備也發(fā)出7e003d7eH用以登記地址，登記一個(gè)設備地址以后總線(xiàn)控制器將按自然數遞增的方法一直登記到最后一個(gè)地址。最后一個(gè)地址登記的信號為：7efbbd7eH。

　　登記完地址以后總線(xiàn)控制器只發(fā)出登記了地址的設備總線(xiàn)控制允許信號，這樣可以減少浪費的時(shí)間。如發(fā)出的ffH設備總線(xiàn)控制允許信號應為7efb817eH。

　　以上介紹了本協(xié)議適用的范圍與產(chǎn)生背景，由于具有一定的普遍意義可以很方便的引用到單片及控制系統中。當然在開(kāi)發(fā)中還有較多的注意事項，例如設備失靈時(shí)總線(xiàn)控制器的等待只能在一定的時(shí)間內，否則的會(huì )引起假死狀態(tài)。因此本協(xié)議的適用可跟據具體的系統做一些適當的補充規定。

　　參考文獻：

　　[1]李建東，盛敏編著(zhù).通信網(wǎng)絡(luò )基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.8

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