分布式測(cè)試系統(tǒng)的一種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

　1　引言

　　在測(cè)試系統(tǒng)中，常需要對(duì)多臺(tái)儀器設(shè)備進(jìn)行集中控制，并對(duì)它們的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析處理。測(cè)試系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化程度的提高對(duì)測(cè)試設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換提出了更高的要求，這里，分布式控制成為一種十分有效的方式［1］。

　　在分布式測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)交換主要在主處理機(jī)與各智能控制單元間進(jìn)行，根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)，其通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性、通用性、擴(kuò)展能力和簡(jiǎn)單的連接方式，并應(yīng)能適應(yīng)長(zhǎng)距離傳輸?shù)男枰?，在系統(tǒng)通信方式及其協(xié)議的制定中應(yīng)充分考慮以上特點(diǎn)，以使其適應(yīng)不同測(cè)試應(yīng)用的需要。

　　為適應(yīng)多控制節(jié)點(diǎn)和長(zhǎng)距離通信的需要，本文采用RS—485半雙工串行通信協(xié)議作為本測(cè)試控制網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。由于采用了平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收方式，有效地減小了共模干擾等影響，從而使其傳輸距離和帶負(fù)載能力等都較RS—232C有很大提高［2］。

　　由于目前的PC機(jī)都配有RS—232C接口，故設(shè)計(jì)了一種RS—485接口，它可以安放在普通的轉(zhuǎn)接頭內(nèi)，直接插到PC機(jī)的串口上，把PC機(jī)的RS—232C輸出轉(zhuǎn)換為RS—485輸出，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。與其它方法相比，這一方法具有接口方式簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。另外，我們還可在這一接口中加入智能控制單元，以適應(yīng)與常規(guī)儀器設(shè)備通信的需要。

　　圖1　串行接口適配器

　　3　數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與軟件設(shè)計(jì)

　　分布式測(cè)試系統(tǒng)中，各測(cè)試設(shè)備主要與主處理機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)這一特點(diǎn)，本文決定采用較為明確的主從式通信作為系統(tǒng)通信方式［3］，以保持系統(tǒng)功能的統(tǒng)一性并同時(shí)滿足其余節(jié)點(diǎn)間通信的需要。

　　3.1　信息幀格式

　　系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與命令的傳輸均采用打包方式，數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示。其中，地址字節(jié)最高位規(guī)定為0，用以標(biāo)志幀起始；采用可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度范圍為1～255字節(jié)；采用兩個(gè)字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；尾標(biāo)志規(guī)定為0FFH，用以標(biāo)志幀結(jié)束。字節(jié)傳輸格式規(guī)定為11位，即8位數(shù)據(jù)位，1位地址/數(shù)據(jù)標(biāo)志位，1位起始位和1位停止位。為便于實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，把傳輸字節(jié)劃分為地址類碼與數(shù)據(jù)類碼，地址類碼第9位標(biāo)志為1，可為所有處于聽(tīng)者狀態(tài)的下位機(jī)接收；數(shù)據(jù)類碼第9位標(biāo)志為0，只能被指定的下位機(jī)接收。

　　通信中，主機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)可分為針對(duì)指定下位機(jī)的址令和針對(duì)所有下位機(jī)的通令。為此，我們規(guī)定地址7FH為通令地址，發(fā)向該地址的命令可為所有下位機(jī)接收。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠，均采取應(yīng)答方式進(jìn)行通信，下位機(jī)接收到主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)后，立即回送狀態(tài)信息。若超過(guò)指定時(shí)間仍未收到應(yīng)答信息，則進(jìn)行超時(shí)報(bào)警。本系統(tǒng)中約定用4個(gè)字節(jié)分別表示系統(tǒng)的通信和工作狀態(tài)。其中，兩個(gè)字節(jié)代表通信狀態(tài)，兩個(gè)字節(jié)代表控制器當(dāng)前工作狀態(tài)，可根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。這里，采用CRC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，主機(jī)采用自動(dòng)反饋重發(fā)方法進(jìn)行糾正。

　　圖2　數(shù)據(jù)通信幀格式

　　3.2　基于中斷的通信軟件設(shè)計(jì)

　　為了保證主處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等工作的時(shí)間，通信過(guò)程應(yīng)盡量減小其影響，故在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，主要過(guò)程均采用中斷驅(qū)動(dòng)。發(fā)送信息時(shí)，只需將數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩沖區(qū)，其后的過(guò)程即由中斷接管；同樣，接收過(guò)程也完全由中斷管理，使主機(jī)在進(jìn)行其它處理過(guò)程中無(wú)需任何等待。為適應(yīng)不同的通信任務(wù)，特別是大數(shù)據(jù)量通信的需要，接收及發(fā)送部分均采用了環(huán)形緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)。為充分利用硬件資源，主要過(guò)程采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，采用嵌入式匯編與匯編調(diào)用相結(jié)合的方法編寫(xiě)C語(yǔ)言通信函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)與高層程序的接口。另外，各主要通信過(guò)程均構(gòu)成獨(dú)立的通信函數(shù)，可在任何采用該協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)中使用。圖3所示為其中的串口中斷處理流程。這里，數(shù)據(jù)的發(fā)送及接收均采取逐字節(jié)方式進(jìn)行，以避免集中占用主機(jī)工作時(shí)間。

　　采用以上通信協(xié)議和軟件，基于總線型網(wǎng)絡(luò)，我們方便地實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)之間以及PC機(jī)與智能儀器間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)驗(yàn)證明它們具有良好適應(yīng)性。