基于DM642的實時多協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)計

摘要：為了解決虛擬試驗系統(tǒng)中具有不同總線類型的各實物子系統(tǒng)互聯(lián)的實時性問題，設(shè)計了一種多協(xié)議轉(zhuǎn)換器。按協(xié)議高低優(yōu)先級分配軟硬件資源，硬件設(shè)計采用DM642+FPGA的結(jié)構(gòu)，使用FPGA實時匹配高優(yōu)先級協(xié)議，并對DM642分類返回不同中斷信息；軟件設(shè)計時，按地址分塊存儲協(xié)議以提高的協(xié)議的查找效率，并根據(jù)DSP／BIOS中各類線程的特點，合理分配任務(wù)并分類觸發(fā)不同任務(wù)，以加快數(shù)據(jù)處理速度并保證高優(yōu)先級協(xié)議實時性。
關(guān)鍵詞：多協(xié)議轉(zhuǎn)換器；實時性；DM642；DSP／BIOS

0 引言
在虛擬試驗系統(tǒng)中，需要將不同總線類型和不同傳輸協(xié)議的各實物子系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，實物設(shè)備子系統(tǒng)常采用1553B，ARINC429，RS 232等總線，協(xié)議轉(zhuǎn)換的實時性對整個虛擬試驗系統(tǒng)試驗結(jié)果的真實性具有重要的影響，因此設(shè)計了基于DM642的實時多協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
協(xié)議轉(zhuǎn)換方法有過程控制級轉(zhuǎn)換和現(xiàn)場設(shè)備級實現(xiàn)。OPC(OLE for Process Control)為最常用控制級轉(zhuǎn)換方法，所有的工作全部在上位機中由軟件完成，簡單方便，但總線系統(tǒng)中節(jié)點間的通信較慢，實時性較差。采用現(xiàn)場設(shè)備級轉(zhuǎn)換方法的協(xié)議，如Profibus，DeviceNet等，需專門開發(fā)軟硬件，但可以實現(xiàn)差異較大協(xié)議總線間的轉(zhuǎn)換，可以滿足實時性要求。曾翠榮等采用現(xiàn)場設(shè)備級轉(zhuǎn)換方法，設(shè)計出通用報文格式和地址分配方法，簡單明了，但不同總線協(xié)議間的轉(zhuǎn)換必須借助于上位機和網(wǎng)絡(luò)，僅滿足傳輸延時小于20 ms。本文借鑒現(xiàn)場設(shè)備級轉(zhuǎn)換方法，設(shè)計了一種高實時多協(xié)議的轉(zhuǎn)換器。設(shè)計中，采用C6000系列高速DSP，將協(xié)議分為高低優(yōu)先級，采用FPGA實時識別高優(yōu)先級協(xié)議，按地址塊存儲協(xié)議描述信息，使用了DSP／BIOS提供的不同類型線程，并采用觸發(fā)不同消息的方法跳轉(zhuǎn)線程，有效地保證了實時性。

1 協(xié)議傳輸格式及描述方法
虛擬試驗系統(tǒng)中不同總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通常按如圖1所示的方式傳輸，一幀數(shù)據(jù)由幀頭、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)體、幀尾、數(shù)據(jù)校驗等組成，幀頭標(biāo)志不同協(xié)議，幀尾或幀長標(biāo)志該幀數(shù)據(jù)流的長度，幀頭和幀尾可以是1個、2個或者4個數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)體由多個數(shù)據(jù)字組成。但協(xié)議以數(shù)據(jù)元素作為基本單位進(jìn)行編解碼，數(shù)據(jù)元素由一個或多個數(shù)據(jù)字組成，有具體的物理含義，可以表示一個具體的物理量，也可以按位表示多個不同的工作狀態(tài)。協(xié)議解碼時，先根據(jù)幀頭識別出協(xié)議類型，然后根據(jù)數(shù)據(jù)長度或幀尾提取出數(shù)據(jù)體，再按協(xié)議提取出數(shù)據(jù)元素，將數(shù)據(jù)元素乘以或加上特定系數(shù)轉(zhuǎn)換為具體物理意義數(shù)據(jù)，或提取出每一狀態(tài)位；編碼過程為解碼的逆過程。

為便于協(xié)議的識別、編解碼，建立由數(shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)位三級描述結(jié)構(gòu)體組成的協(xié)議描述表，各級協(xié)議描述結(jié)構(gòu)體所描述的信息如圖2所示。