基于FPGA的PROFIBUS-DP集線器設(shè)計(jì)

摘要：給出了用PROFIBUS―DP HUB來改變現(xiàn)場(chǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法進(jìn)行比較。描述了DP協(xié)議傳輸?shù)母袷?，重點(diǎn)介紹并分析了兩種幀結(jié)束檢測(cè)方法及其優(yōu)劣，最后通過八通道DP HUB的實(shí)例來說明了整個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程。
關(guān)鍵字：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；幀結(jié)構(gòu)；幀結(jié)束判定；波特率檢測(cè)

0 引言
PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS的傳送速度在9．6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)，而且，當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置都被設(shè)成相同的速度。PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)是其具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，故其穩(wěn)定、可靠、故障率低，且經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。因此，研究PROFIBUS具有重要的意義。
目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的PROFIBUS―DP大部分是線性總線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)上一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)問題將導(dǎo)致整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)通訊故障，數(shù)據(jù)無法傳輸，且難以定位故障點(diǎn)；另外，采用該總線結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布比較分散時(shí)，會(huì)對(duì)布線造成困難，很容易超出DP協(xié)議規(guī)定的通信距離。而星型或樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則可以有效地解決此類問題，但DP協(xié)議并不支持這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為此，本文提出利用DPHUB來改變DP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而解決了DP總線在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷。

1 PROFIBUS―DP協(xié)議
眾所周知，國際ISO標(biāo)準(zhǔn)組織的0SI網(wǎng)絡(luò)通信模型是國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)框架，PROFIBUS―DP使用了其中的第1、2層(即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層)和一個(gè)用戶的應(yīng)用接口，而對(duì)通用模型上的第3～6層沒有加以定義描述，這種精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)的好處是數(shù)據(jù)傳輸快速和效率高。用戶的應(yīng)用接口又稱為直接數(shù)據(jù)鏈路映像程序，它規(guī)定了可調(diào)用的應(yīng)用功能，可使第三方應(yīng)用程序得到直接調(diào)用。圖1所示是PROFIBUS―DP協(xié)議層的定義。

2 PROFIBUS―DP的傳輸
PROFIBUS―DP總線上的一個(gè)主站控制著多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站都建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令，從站給出響應(yīng)；從站可以連
續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，直到無信息發(fā)送、達(dá)到發(fā)送數(shù)量或被主站停止為止。數(shù)據(jù)鏈路中的幀傳輸過程分為數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放三個(gè)階段。一般情況下，DP協(xié)議中的FDL層報(bào)文幀結(jié)構(gòu)僅有5種類型。
其中，SDl是無數(shù)據(jù)域，只用作查詢總線上的激活站點(diǎn)，其格式如下：

SD2是帶有固定8字節(jié)數(shù)據(jù)域，格式如下：