??? 摘??要： 設(shè)計(jì)了一種基于LonWorks總線和嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)作為任務(wù)調(diào)度和嵌入式系統(tǒng)移植的主處理器,，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性,。DDE服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問與交換等網(wǎng)絡(luò)通信功能?？偩€技術(shù)與Web網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,，使用戶能夠通過信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控界面方便地了解現(xiàn)場情況，更便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,、診斷和維護(hù)功能,。?

??? 關(guān)鍵詞： LonWorks現(xiàn)場總線； MSP430單片機(jī),；嵌入式系統(tǒng),； 監(jiān)控系統(tǒng)?

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??? 由于LonWorks現(xiàn)場總線良好的開放性和互操作性，在開發(fā)智能通信接口和智能傳感器方面,，LonWorks芯片具有獨(dú)特的優(yōu)勢,，它已被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化,、保安系統(tǒng),、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸,、工業(yè)過程控制等行業(yè),。本文在LonWorks總線基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn),，并且研究了嵌入式系統(tǒng)在主機(jī)上的移植,，以及通信服務(wù)器的設(shè)置調(diào)試方法，為實(shí)際監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo),。?

1 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)?

??? 基于LonWorks的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，由于Neuron芯片的應(yīng)用處理器的數(shù)據(jù)處理能力有限，通用I/O相對較少,，在一定程度上限制了LonWorks技術(shù)的廣泛應(yīng)用,。采用MSP430單片機(jī)作為主處理器，移植μC/OS_Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)到主處理器上,，可以在擴(kuò)展的CPU上運(yùn)行多個(gè)任務(wù),，各個(gè)任務(wù)并行操作，充分利用了CPU的資源,。采用μC/OS_Ⅱ操作系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心,，將系統(tǒng)中的各個(gè)任務(wù)模塊化，提供了靈活的結(jié)構(gòu),，便于進(jìn)一步開發(fā)研究,。MSP430單片機(jī)與LON總線模塊接口采用串行同步通信模式(SPI)接口,需要置位單片機(jī)寄存器SYNC=1。?

??? LonWorks網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)可編程節(jié)點(diǎn)可以向其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息并對它所接收的信息或事件作出響應(yīng),。系統(tǒng)的功能包括：遠(yuǎn)程主機(jī)(客戶)可以通過瀏覽器在線監(jiān)視底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量,，可以通過用戶界面向底層設(shè)備發(fā)布命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,；底層設(shè)備的重要物理量可以隨時(shí)上傳至遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警等^[1],。PCLTA-20網(wǎng)絡(luò)適配卡使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)連接如圖1所示,。?

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??? μC/OS_Ⅱ操作系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心,，完成系統(tǒng)中各部分功能模塊硬件電路的初始化及任務(wù)的管理和調(diào)度。首先,，操作系統(tǒng)初始化微處理器,，保證其正常工作；然后,，周期性調(diào)用微處理器與LON網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)任務(wù),，實(shí)時(shí)等待和傳輸數(shù)據(jù)；接著設(shè)置LNS DDE服務(wù)器,、Windows操作系統(tǒng)中Web服務(wù)器屬性,，便于連接網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。由于數(shù)據(jù)采集的需要,，設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)采集和訪問頁面,，實(shí)現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程訪問,，確保LON網(wǎng)絡(luò)和微處理器之間通信；最后,，通過LonMaker對整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控,。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。?

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2 嵌入式操作系統(tǒng)模塊?

??? 嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)硬件平臺(tái)主要分為三部分：處理器核心,、外圍電路,、外部設(shè)備μC/OS_Ⅱ系統(tǒng)。每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級,，μC/OS_Ⅱ根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級,，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，保證對實(shí)時(shí)性的要求^[2],，適合應(yīng)用在實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的場合,。?

??? 在MSP430單片機(jī)上移植開發(fā)工具使用IAR編譯器，而移植的主要工作量又集中在堆棧的操作,，即當(dāng)一個(gè)任務(wù)退出時(shí)保存當(dāng)前PC指針和當(dāng)前堆棧內(nèi)容,，并且把下一個(gè)任務(wù)的PC指針和堆棧內(nèi)容轉(zhuǎn)化為當(dāng)前CPU的運(yùn)行狀態(tài)。?

??? μC/OS_Ⅱ的全部源代碼,，共16個(gè)文件,。移植工作涉及的源文件分為三部分：與處理器無關(guān)的代碼部分、設(shè)置代碼部分,、包括OS_CFG.H和INCLUDES.H兩個(gè)頭文件,。用戶可以改寫INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件,，但必須加在文件末尾,。?

??? 最主要的部分是與處理器有關(guān)部分的代碼，包括一個(gè)頭文件OS_CPU.H,、一個(gè)C代碼文件OS_CPU_C.C及一個(gè)匯編文件OS_CPU_A.ASM^[3],。將其移植到MSP430F149處理器上，需要修改這三個(gè)與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件,，代碼量大約是500行,。下面分別介紹這三個(gè)文件的移植。?

2.1 OS_CPU.H文件?

??? OS_CPU.? H文件中的OS_CPU_GLOBALE和OS_CPU_EXT允許用戶聲明針對本移植的全局變量,。由于在MSP430實(shí)模式中堆棧都是按字進(jìn)行操作的[4],，所以IAR編譯器中堆棧數(shù)據(jù)類型OS_STK聲明為16位，所有的堆棧都必須用OS_STK聲明,。需要注意的是：MSP430處理器的堆棧由高地址向低地址方向增長,，所以常量OS_STK_GROWTH必須設(shè)置為1。?

2.2? OS_CPU_A.ASM文件?

??? 完成μC/OS_Ⅱ的移植需要把OS_CPU_A.ASM修改為OS_CPU_A.S43文件，此文件包括4個(gè)函數(shù)：OSStartHighRdy( ),、OSCtxSw( ),、OSIntCtxSw( )、OSTickISR( ),。?

??? 函數(shù)OSStartHighRdy( )由函數(shù)OSStart( )調(diào)用,，功能是讓進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)運(yùn)行。首先必須調(diào)用函數(shù)OSTaskSwHook( ),，把OS_CFG.H中的OS_CPU_HOOKS_EN設(shè)置為1，這樣OSTaskSwHook( )的代碼才能生效,。?

??? 任務(wù)級的切換是通過執(zhí)行中斷指令或依據(jù)處理器的不同執(zhí)行陷阱(TRAP)指令來實(shí)現(xiàn)的,，中斷服務(wù)子程序、陷阱或異常處理的向量地址必須指向OSCtxSw( ),。?

??? 函數(shù)OSIntCtxSw( )與OSCtxSw( )函數(shù)類似,，不同的是OSIntCtxSw( )函數(shù)所進(jìn)行的是中斷級的任務(wù)切換。?

??? 函數(shù)OSTickISR( )是系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù),，是周期性的中斷,，為內(nèi)核提供時(shí)鐘節(jié)拍，用來設(shè)置內(nèi)核向應(yīng)用系統(tǒng)提供的最小時(shí)間間隔,。?

2.3 OS_CPU_C.C文件?

??? OS_CPU_C.C文件中包含10個(gè)C語言函數(shù),，其中只有函數(shù)OSTaskStkInit( )在操作系統(tǒng)中是必要的。OSTask?StkInit( )由任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)調(diào)用,，用來初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu),，使堆棧看起來就像剛剛發(fā)生過中斷并將所有的寄存器保存到堆棧中一樣,。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務(wù)運(yùn)行起來,。它與調(diào)用者間有3個(gè)參數(shù)需要傳遞：任務(wù)代碼起始地址(task)、參數(shù)指針(pdata),、任務(wù)堆棧頂?shù)刂?ptos),。?

??? 移植完成之后可以在IAR的C-SPY環(huán)境下進(jìn)行測試。測試時(shí),，只需直接打開移植代碼測試項(xiàng)目工程文件msp149final.eww進(jìn)行測試,，其輸出文件為149last.d43。?

3? 網(wǎng)絡(luò)的通信服務(wù)器LNS DDE?

??? 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE(Dynamic Data Exchange)是Windows平臺(tái)上的一個(gè)完整的通信協(xié)議,。DDE協(xié)議可以使用兩類DDE應(yīng)用程序：第一類是基于消息的DDE,，第二類是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換管理庫應(yīng)用程序。?

??? 當(dāng)使用LonMaker工具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置時(shí),，它把配置信息備份于LNS DDE Server中,，等安裝完成后，LNS DDE Server中包含了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的配置圖、所有設(shè)備的名稱,、設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量,、配置屬性以及LonMark對象。LNS DDE Server使用存儲(chǔ)在LNS服務(wù)器中的名字,、地址和時(shí)序信息來完成監(jiān)控任務(wù),。通過LNS DDE Server，任何作為DDE客戶的應(yīng)用程序都能監(jiān)視和控制一個(gè)或更多的LonWorks網(wǎng)絡(luò),。在運(yùn)行DDE服務(wù)程序時(shí),，要在服務(wù)程序中制定計(jì)算機(jī)名。例如：?

??? =\MYCOMPUTERLNSDDE′MyNet.Subsystem 1.DevNV′!?′MyDev.NV2′,。?

??? 讀寫網(wǎng)絡(luò)變量時(shí),，首先確定主題名是標(biāo)準(zhǔn)格式或者用戶定制格式，然后指定網(wǎng)絡(luò)變量項(xiàng)目名(Network Variable Item),，項(xiàng)目名(Item)的形式取決于它在主題名中的組成,，按慣例為設(shè)備名、網(wǎng)絡(luò)變量(NV)名,、配置屬性名和消息標(biāo)簽名^[5],。網(wǎng)絡(luò)變量更新程序如下：?

??? Private Sub btnReadSwitch4_Click( )?

??? Dim channel As Long?? ????????? ??//定義通道數(shù)據(jù)類型?

??? Channel=DDEInitiate(′LNSDDE′, ′LNS DDE Test.HVAC.LMNV′)?????????? ? //發(fā)起DDE會(huì)話?

??? Sheet1.Range(′E21′)=DDERequest(channel,_′DI- 1.SW-4.?

??????????? Digital.State′) ?????????? ??//請求讀取數(shù)字變量?

??????????? DDETerminate (channel)? ???????//終止DDE會(huì)話?

??? End sub?

??? 在LonWorks網(wǎng)絡(luò)中，采用事件驅(qū)動(dòng)更新或者輪詢方式獲得設(shè)備信息交換和查詢,。事件驅(qū)動(dòng)更新是沒個(gè)特定時(shí)間就發(fā)送信息或者直到某個(gè)規(guī)定變量值發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生消息發(fā)送,，而輪詢則是終端設(shè)備輪詢變量值某些情況下接收信息受終端設(shè)備控制^[6]。在遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中,，輪詢是最恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測方案,。?

??? 在VB開發(fā)環(huán)境中，必須設(shè)置好的屬性是：LinkTopic,、LinkItem和LinkMode^[7],。其中，LinkTopic屬性設(shè)置了被請求服務(wù)器的名字和會(huì)話,；LinkItem屬性指定了會(huì)話項(xiàng),，也就是網(wǎng)絡(luò)變量的名稱及其所在節(jié)點(diǎn)；LinkMode指定會(huì)話的模式,，可選值為：None(無),、Automatic(自動(dòng))和Notify(確認(rèn))。?

??? 除了控件的這三種屬性外,還有許多函數(shù)和方法可用來操作DDE,如Shell函數(shù),LinkPoke,、LinkRequest,、Link?Execute和LinkSend方法。?

??? 下面具體說明用VB編寫監(jiān)控程序的方法：?

??? Labell. LinkTopic ='LNSDDE/ NET. Subsystem1. DevNV'?

??? Labell. LinkItem ='Device. Value'?

??? Labell. LinkMode = 1 //得到NET 網(wǎng)上Subsystem1 子網(wǎng)中名為Device 節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量Value的值?

??? Label2 = InputBox ＄('Please input the SetValue')?

??? Label2. LinkPoke???????? //改變網(wǎng)絡(luò)變量nvoSetValue的值?

??? 本文在LON總線基礎(chǔ)上,，通過擴(kuò)展Neuron芯片的處理能力,，在主機(jī)上移植μC/OS_Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)，可以在擴(kuò)展的CPU上運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，各個(gè)任務(wù)并行操作,，提高了MSP430單片機(jī)的性能,。DDE服務(wù)器與VB監(jiān)控界面的結(jié)合，使得可視化動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)得以實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場總線與Web相結(jié)合,，提高了系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，這也是科技研究的熱門課題,。?

參考文獻(xiàn)?

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