基金会现场总线低层协议的实现

本文主要论述了采用单片机系统实现基金会现场总线低层协议的设计方法。文中从资源需求、处理速度和可靠性等方面对通信控制器的设计要求进行了分析，并参照现有通信控制器的特点，利用单片机实现了基金会现场总线的低层协议。

一、基金会现场总线低层协议

基金会现场总线的通信模型以ISO/OSI参考模型为基础，采用了参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，省去了中间的网络层、传输层、会话层和表示层。不过它又在应用层之上增加了新的一层——用户层，构成了四层结构的通信模型。其中，底层的物理层和一部分数据链路层称为基金会现场总线的低层协议。

通信控制器是一种执行现场总线低层通讯协议的集成电路，是现场总线仪表中的重要组成部分。目前可用作基金会现场总线通信控制器的芯片有很多种，都能实现基金会现场总线的低层协议。但是，通常的通信控制器都是用硬件电路来实现的，具有通信速率高的特点，但电路复杂、外围芯片多、所占用空间较大、成本高是它的缺点。

二、通信控制器设计方案

本文针对目前通信控制器的成本高的特点，提出利用单片机实现了基金会现场总线的低层协议的设计方法。众所周知，单片机具有功能强、价格便宜、使用灵活、功耗低等优点，因此，采用单片机实现现场总线低层通信协议将会在减轻主CPU负担的同时，大大降低通信控制器的成本。

根据系统的性能要求，并结合功能强、执行速度快、价格低的单片机选用原则，设计选用了Cgynal公司的 C 8051F 310单片机。这种编码兼容的8051 CPU的特点是高速、功能强大，其最高处理速度可达25MIPS（时钟频率为25MHz）。另外，C8051Fxxx单片机具有功耗低，价位低和体积小等特点，而且片内还集成了数据采集和控制系统中常用的功能部件。

三、程序设计

由于C 8051F 310片内集成了设计需要的所有模拟部件和数字外设及功能部件，故系统不需要额外的功能部件，通信控制器的功能主要是由单片机软件来实现的。根据系统设计要求，软件设计内容包括：单片机主程序设计、总线接收和发送程序设计和串口接收和发送程序设计。

1.      单片机主程序设计

单片机主程序主要实现系统初始化、FLASH读写和喂狗等功能。系统初始化程序完成对单片机内部寄存器的初始配置，以保证系统能够正常启动、运行；FLASH读写程序设计实现通信控制器地址在FLASH存储器中的存储，以避免地址数据被意外修改，保证总线数据的正确接收；喂狗程序监控系统是否正常运行。

2.      总线接收和发送程序设计

总线接收程序是根据基金会现场总线标准，实现总线信号的正确接收。接收过程中，利用C 8051F 310内部比较器的上升沿、下降沿捕捉功能，实现总线信号的接收，并对接收信号进行曼彻斯特解码、地址识别、CRC校验等处理后交给主机。

总线发送程序是利用定时器向总线发送符合基金会现场总线标准的信号。总线发送程序包括数据发送、定界码发送、CRC序列发送等几部分。

3.      串口接收和发送程序设计

串口接收和发送程序实现主机和C 8051F 310单片机的数据交换。串口接收时，将主机要向总线发送的数据通过串口放到临时数据存储区；发送时，将从总线接收到的数据通过串口送给主机。

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