基于LonWorks的在系统编程技术

    关键词：Neuron 控制节点 在系统编程（ISP） CPLD

引言

在系统编程ISP（In System Programming）是指在用户设计的目标系统或印刷电路板上为重新配置逻辑，或实现新的功能而对器件进行编程或反复编程。随着EDA工具的普及和ISP器件的日益成熟，ISP技术也得到了越来越广泛的应用。ISP技术的应用使得硬件设计软件化，其显著优势体现在：简化生产流程；利用同一硬件结构实现多种系统功能，使之成多功能硬件；在不特殊电路板资源的情况下进行电路板级测试；边界扫描测试；通过Modem和ISP编程接口实现对系统的远程维护和升级。

对ISP器件的编程可通过PC机进行，利用1条编程电路（或称下载电缆）将准确定时的编程信号提供给该器件。但是，(凹丫丫范文网fanwen.oyaya.net收集整理)这种方法不能使各种器件的数据下载脱离EDA工具独立进行，真正意义上的在系统可编程难以实现。对于ISP器件的编程也可以通过微处理器的控制程序实现，这就为基于Neuron芯片的LON网络节点提供了应用空间。

Lon(Local Operating Networks)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络，目前已广泛应用于测控网络中。LonWorks现场总线技术在控制系统引入了网络的概念。在该技术的基础上，可以方便地实现分布式的网络控制系统，并使得控制系统更高效、更灵活、更易于维护和扩展。利用分布的智能控制节点进行在系统编程无需编程电缆，而且能够充分地利用系统资源，简化编程操作，大大拓展了在系统编程技术的应用范围。

1 基于Neuron芯片的控制节点

1.1 Neuron芯片简介

Neuron芯片的LonWorks节点的核心部分，它既能管理通道，同时具有输入/输出以及控制等能力。该芯片主要包括Neuron 3120和3150两大系列。二者的区别是3150芯片中无部ROM，但拥有访问外部存储器的接口，寻址空间可达64KB，可用于开发更为复杂的应用系统，Noeuron芯片内部固化了完整的LonTalk通信协议，确保节点间的可靠通信和互操作。芯片内部有3个8位CPU协调工作，实现Lon节点的通信和控制功能；11个编程I/O口；5个网络通信端口提供3种工作方式；单端方式、差分方式和专用方式。

1.2 控制节点的硬件结构

Lon网络节点有2种类型：基于Neuron芯片的节点（Neuron芯片是唯一的处理器）和基于主机的节点（主处理器可以是微控制器、PC机等）。一个典型的现场总线控制节点的基本结构如图1所示，主要包含以下几个部分功能块；应用CPU、I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。无论哪种类型的节点都有1片Neuron芯片用于通信和/或控制、1个I/O接口用于连接1个或多个I/O设备，另外还有1个收发器负责将节点连接上网。

本设计中控制节点的基本结构如图2所法。该节点主要包括Neuron芯片、128KB Flash存储器、10MHz晶振、FTT-10A收发器以及I/O接口、驱动、CPLD。Neuron芯片外部扩展了Flash存储器，用于存储固件和用户应用程序。其中固件通过编程器下载，而应用程序的下载可以使用编程器，还可以使用网络管理工具经Lon网络下载，这样，CPLD的重新配置就能够通过Lon网络方便快捷地进行。5根在系统编程控制的ispEN、MODE、SDI、SCLK以太SDO占用Neuron芯片的5个I/O口。Neuron芯片I/O口本身的驱动能力是不够的，需要使用74HC367或74HC244增强信号驱动能力，并使用适当的阻容网络给信号线滤波，增强抗干扰能力。

2 在系统编程的软件实现

2.1 以Lattic公司的ispLSI这种CPLD器件为例，器件内需要编程的E2COMS单元阵列如图2所示。

E2COMS元件按行和列排成阵列。地址移位寄存