基于80C166单片机PEC服务的PROFIBUS-FDL从站协议实现

    关键词：８０Ｃ１６６ ＰＥＣ服务 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ

当前工业设备制造技术正向高性能、专用化、分布式、网络化方向发展。以前，大量使用ＰＬＣ实现的控制系统，实践证明虽然安全可靠，但由于ＰＬＣ本身的技术原因，很难达到更快速的实时控制要求?它们正被高性能的嵌入式专用控制器替代。这种专用控制器的设计，可以进一步提高设备的控制性能；引入现场总线技术，保证专用控制器的系统可集成性，以适应当前分布式、网络化的应用趋势。

本文是在研制棒材生产线飞剪的专用控制器时涉及的一个子课题。为保证该控制器能与现有ＰＬＣ网连接以及与远程操作站通信，在几乎不增加硬件的基础上，利用核心ＣＰＵ——西门子８０Ｃ１６６所具有的一个类似ＤＭＡ的功能高效率地实现ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＤＬ从站协议。

１ 西门子８０Ｃ１６６单片机

８０Ｃ１６６单片机是西门子Ｃ１６６系列１６位嵌入式微控制器的第一代产品。其体系结构如图１所示。它结合ＲＩＳＣ处理器的优点，克服了ＣＩＳＣ处理器在嵌入式应用中的瓶颈；在２５ＭＨｚ时钟频率下，可达到１２．５ＭＩＰＳ，几乎所有的指令执行时间小于８０ｎｓ；在指令处理上，采用四级指令流水线管道结构；在存储管理上，统一线性地址空间可达２５６ＫＢ，具有段?代码?、页?数据?式管理机制；采用寄存器池，上下文切换时间只要８０ｎｓ；１６位乘法４００ｎｓ，３２位除法８００ｎｓ，中断响应时间最慢４００ｎｓ；外部事件控制器ＰＥＣ服务具有类似ＤＭＡ的功能，可实现存储器与外设之间的高速数据传输；丰富的在片外设：１ＫＢ ＲＡＭ、１０路Ａ／Ｄ、７６路Ｉ／Ｏ、７个定时器／计数器、１６个比较／捕获单元、２个串行通信接口、在片的ＷＡＴＣＨＤＯＧ等。

图1 西门子80C166体系结构

２ ８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服务

２．１ ８０Ｃ１６６的ＰＥＣ服务机制

ＰＥＣ是外部事件控制器的英文缩写。ＰＥＣ服务是８０Ｃ１６６提供的一种特殊数据传输机制。其目的是在原有的中断控制器基础上，用较小的硬件代价、尽可能少占用处理机周期实现内存与外部设备的快速数据交换?类似ＤＭＡ，但无需专用的ＤＭＡ控制器?。８０Ｃ１６６有８路ＰＥＣ服务通道。用ＰＥＣ服务进行一次数据传输，仅占用处理机一个机器周期?２０ＭＨｚ时１００ｎｓ，且不影响当前程序的执行。

２．２ ＰＥＣ服务的工作过程

通常，当普通中断事件发生时，系统将保存当前ＣＰＵ状态ＰＳＷ和程序的地址；然后，根据不同的中断源，进行上下文切换，装载相应的中断矢量，执行相应的中断服务程序；执行完后，恢复被中断程序的上下文，继续执行被中断程序。

对于某一ＰＥＣ服务，它总是与一具体中断源、中断矢量或中断服务相联系。在８０Ｃ１６６中，当一个中断的中断优先级为最高级１４或１５且定义了与之相关联的ＰＥＣ服务通道时，该中断就具有ＰＥＣ服务功能。这时，当该中断请求发生时，将不触发中断服务程序的执行，而是触发ＰＥＣ服务。当ＰＥＣ服务经过设定的若干次的外部事件触发后，再触发执行相应的中断服务程序(一个普通中断过程)。
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    如图２所示。一次ＰＥＣ服务的工作过程是由ＰＥＣ控制寄存器定义的，其中计数位域(８位传送计数器)ＣＯＵＮＴ定义了ＰＥＣ服务的数据传输次数；源指针、目的指针指明具体的数据传输来源和目的；ＰＥＣ服务的数据传输过程完全由硬件执行：当中断请求发生时，由硬件将源指针所指单元的内容传给目的指针所指的单元，然后由ＰＥＣ控制寄存器相应定义位控制是源指针还是目的指针增加１或２，同时ＣＯＵＮＴ值减１；当多次中断请求使ＣＯＵＮＴ减为０时，ＰＥＣ服务完成，触发与之关联的中断服务程序。

２．３ ＰＥＣ服务应用优势

以串口接收一帧１６字节的数据为例。若采用传统的串口接收方式，每接收到一字节，产生一个中断；在中断服务程序中，要将它从串口接收缓冲器中取出，顺序放到帧接收缓冲区相应单元中；当接收满１６字节后，进行帧处理。

如果采用ＰＥＣ服务的方式，只要事先定义好ＰＥＣ通道就可以了。首先，定义串口接收中断优先级为１４或１５以及与之相关联的ＰＥＣ通道。即定义相应ＰＥＣ通道控制寄存器为：ＣＯＵＮＴ为１６字节传输，源指针为串口接收缓冲器，目的指针为帧接收缓冲区首址且每次