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一種基于半雙工通信系統(tǒng)的通信控制協(xié)議設(shè)計(jì)
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摘要：在許多控制系統(tǒng)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(shè)備將控制信息準(zhǔn)確的發(fā)往目標(biāo)設(shè)備。由于控制信息數(shù)據(jù)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(duì)于半雙工通信控制系統(tǒng)。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(tǒng)。
關(guān)鍵詞：控制、通信、協(xié)議、半雙工
當(dāng)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備通過某種物理鏈路相互聯(lián)接起來(lái)以后，并不意味著它們之間就能夠立刻進(jìn)行數(shù)據(jù)交換了。設(shè)備之間要進(jìn)行通行還需要有通信的規(guī)則即通信協(xié)議。通信協(xié)議通常要規(guī)定通信的開始與結(jié)束，數(shù)據(jù)的接受者，所傳送數(shù)據(jù)的校驗(yàn)方式以及鏈路的電氣接口參數(shù)等。
目前常見的協(xié)議有基于以太網(wǎng)的IEEE 802.3協(xié)議，基于CAN-BUS總線的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(qiáng)，因而得到了廣泛的應(yīng)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(duì)于對(duì)通信速度要求不高、對(duì)價(jià)格控制比較嚴(yán)格系統(tǒng)，特別是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種協(xié)議。這種協(xié)議基于半雙工通信系統(tǒng)，具有通用性。
硬件系統(tǒng)參考模型如：圖1-1：系統(tǒng)是由一個(gè)總線控制器與若干個(gè)設(shè)備之間通過同一通信總線連接。總線控制器與設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備之間能進(jìn)行半雙工通信。
由于采用的是總線連接方式可以使得系統(tǒng)的成本大大降低，但是由于總線的特點(diǎn)不允許同時(shí)有兩個(gè)或以上的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。因此需要總線控制器對(duì)總線的控制權(quán)進(jìn)行分配。
具體的通信過程類似于令牌環(huán)網(wǎng)，首先總線控制器會(huì)登記在總線上的設(shè)備地址，然后按照一定的算法發(fā)出某一設(shè)備的總線控制允許信號(hào)。設(shè)備在沒有得到總線控制允許信號(hào)時(shí)都時(shí)處于聽者狀態(tài)的，一旦收到屬于自己的總線控制信號(hào)后則將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)總線控制器處于聽者狀態(tài)一旦受到設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送完畢信號(hào)立即將下一設(shè)備的總線允許控制信號(hào)發(fā)出，從而將總線控制權(quán)交給下一個(gè)設(shè)備。
在通信系統(tǒng)中通常把要傳輸?shù)男畔⒎殖扇舾蓚�(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(shù)據(jù)的傳送也是以幀為單位的，并且設(shè)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(guī)定幀的正常開始與結(jié)束用二進(jìn)制串01n0(n取6表示6個(gè)連續(xù)的1)稱為Flag。當(dāng)設(shè)備接收到6個(gè)連續(xù)的‘1’時(shí)表示一幀的正常開始，再接收到連續(xù)的劉個(gè)‘1’時(shí)表示一幀的正常結(jié)束。如設(shè)備接收到連續(xù)的7個(gè)或以上時(shí)表示非正常開始或結(jié)束。如幀中的數(shù)據(jù)有連續(xù)的6個(gè)‘1’時(shí)，則在連續(xù)的5個(gè)‘1’后插入一個(gè)‘0’來(lái)解決與Flag的沖突。設(shè)備在接收到連續(xù)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(jié)束。
考慮到低速系統(tǒng)采用處理器多為8位數(shù)據(jù)，且本協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)主要為控制信息。規(guī)定一幀的長(zhǎng)度位32個(gè)二進(jìn)制位，其中高八位與低八位為幀開始與結(jié)束的Flag，中間16位為數(shù)據(jù)位。
如同信數(shù)據(jù)為控制信息這可規(guī)定數(shù)據(jù)位中高8位為地址數(shù)據(jù)如出現(xiàn)又連續(xù)6個(gè)‘1’的情況，則使用數(shù)據(jù)位中低8位的最高位擴(kuò)展。數(shù)據(jù)位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱為C_flag，其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗(yàn)位。C_Flag的0H與fH保留用于總線控制器。0H用于總線控制權(quán)移交，fH用于登記地址。
典型應(yīng)用：
系統(tǒng)采用圖1-1所示模型，共有三個(gè)設(shè)備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線控制器發(fā)出地址登記命令，如有該地址設(shè)備則該設(shè)備發(fā)出與總線控制器先前發(fā)處信號(hào)相同信號(hào)，總線控制器登記該地址。如總線控制器發(fā)出7e003d7eH登記00H設(shè)備，受到信號(hào)后00H設(shè)備也發(fā)出7e003d7eH用以登記地址，登記一個(gè)設(shè)備地址以后總線控制器將按自然數(shù)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(hào)為：7efbbd7eH。
登記完地址以后總線控制器只發(fā)出登記了地址的設(shè)備總線控制允許信號(hào)，這樣可以減少浪費(fèi)的時(shí)間。如發(fā)出的ffH設(shè)備總線控制允許信號(hào)應(yīng)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(tǒng)中。當(dāng)然在開發(fā)中還有較多的注意事項(xiàng)，例如設(shè)備失靈時(shí)總線控制器的等待只能在一定的時(shí)間內(nèi)，否則的會(huì)引起假死狀態(tài)。因此本協(xié)議的適用可跟據(jù)具體的系統(tǒng)做一些適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充規(guī)定。
參考文獻(xiàn)：
[1]李建東，盛敏編著.通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2004.8
注釋：
�、夙�(xiàng)目基金：貴陽(yáng)學(xué)院2008院級(jí)課題。
②作者簡(jiǎn)介：孫健(1979-)貴陽(yáng)學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系講師;貴州大學(xué)2006級(jí)在讀研究生，主要研究通信與自動(dòng)控制。
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