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一種基于半雙工通信系統(tǒng)的通信控制協(xié)議設計
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摘要：在許多控制系統(tǒng)中需要一個高效、簡單、可靠的通信控制協(xié)議，用以保證設備將控制信息準確的發(fā)往目標設備。由于控制信息數(shù)據(jù)量小不需要進行雙工通信，因此本文提出的通信控制協(xié)議只針對于半雙工通信控制系統(tǒng)。此外本協(xié)議具有通用性，可方便的移植到其他半雙工系統(tǒng)。
關鍵詞：控制、通信、協(xié)議、半雙工
當系統(tǒng)中的各個設備通過某種物理鏈路相互聯(lián)接起來以后，并不意味著它們之間就能夠立刻進行數(shù)據(jù)交換了。設備之間要進行通行還需要有通信的規(guī)則即通信協(xié)議。通信協(xié)議通常要規(guī)定通信的開始與結束，數(shù)據(jù)的接受者，所傳送數(shù)據(jù)的校驗方式以及鏈路的電氣接口參數(shù)等。
目前常見的協(xié)議有基于以太網(wǎng)的IEEE 802.3協(xié)議，基于CAN-BUS總線的CANopen協(xié)議等等。這些協(xié)議通常都比較成熟，它們或通信速度快、或通信可靠性高或抗干擾能力強，因而得到了廣泛的應用。但是在一些要求比較特殊的場合這些協(xié)議就不一定適用了。本文針對于對通信速度要求不高、對價格控制比較嚴格系統(tǒng)，特別是控制系統(tǒng)設計了一種協(xié)議。這種協(xié)議基于半雙工通信系統(tǒng)，具有通用性。
硬件系統(tǒng)參考模型如：圖1-1：系統(tǒng)是由一個總線控制器與若干個設備之間通過同一通信總線連接。總線控制器與設備，設備與設備之間能進行半雙工通信。
由于采用的是總線連接方式可以使得系統(tǒng)的成本大大降低，但是由于總線的特點不允許同時有兩個或以上的設備發(fā)送數(shù)據(jù)。因此需要總線控制器對總線的控制權進行分配。
具體的通信過程類似于令牌環(huán)網(wǎng)，首先總線控制器會登記在總線上的設備地址，然后按照一定的算法發(fā)出某一設備的總線控制允許信號。設備在沒有得到總線控制允許信號時都時處于聽者狀態(tài)的，一旦收到屬于自己的總線控制信號后則將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。設備發(fā)送數(shù)據(jù)時總線控制器處于聽者狀態(tài)一旦受到設備數(shù)據(jù)發(fā)送完畢信號立即將下一設備的總線允許控制信號發(fā)出，從而將總線控制權交給下一個設備。
在通信系統(tǒng)中通常把要傳輸?shù)男畔⒎殖扇舾蓚�塊來傳送，每個塊加上控制信息成為一幀。同樣在本協(xié)議的參考模型中數(shù)據(jù)的傳送也是以幀為單位的，并且設備在一次總周期中只能發(fā)送一幀。本協(xié)議采用組幀技術[1]。規(guī)定幀的正常開始與結束用二進制串01n0(n取6表示6個連續(xù)的1)稱為Flag。當設備接收到6個連續(xù)的‘1’時表示一幀的正常開始，再接收到連續(xù)的劉個‘1’時表示一幀的正常結束。如設備接收到連續(xù)的7個或以上時表示非正常開始或結束。如幀中的數(shù)據(jù)有連續(xù)的6個‘1’時，則在連續(xù)的5個‘1’后插入一個‘0’來解決與Flag的沖突。設備在接收到連續(xù)的5個‘1’后自動將其后的‘0’刪除，如在其后的時‘1’則表示一幀的結束。
考慮到低速系統(tǒng)采用處理器多為8位數(shù)據(jù)，且本協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)主要為控制信息。規(guī)定一幀的長度位32個二進制位，其中高八位與低八位為幀開始與結束的Flag，中間16位為數(shù)據(jù)位。
如同信數(shù)據(jù)為控制信息這可規(guī)定數(shù)據(jù)位中高8位為地址數(shù)據(jù)如出現(xiàn)又連續(xù)6個‘1’的情況，則使用數(shù)據(jù)位中低8位的最高位擴展。數(shù)據(jù)位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱為C_flag，其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗位。C_Flag的0H與fH保留用于總線控制器。0H用于總線控制權移交，fH用于登記地址。
典型應用：
系統(tǒng)采用圖1-1所示模型，共有三個設備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線控制器發(fā)出地址登記命令，如有該地址設備則該設備發(fā)出與總線控制器先前發(fā)處信號相同信號，總線控制器登記該地址。如總線控制器發(fā)出7e003d7eH登記00H設備，受到信號后00H設備也發(fā)出7e003d7eH用以登記地址，登記一個設備地址以后總線控制器將按自然數(shù)遞增的方法一直登記到最后一個地址。最后一個地址登記的信號為：7efbbd7eH。
登記完地址以后總線控制器只發(fā)出登記了地址的設備總線控制允許信號，這樣可以減少浪費的時間。如發(fā)出的ffH設備總線控制允許信號應為7efb817eH。
以上介紹了本協(xié)議適用的范圍與產生背景，由于具有一定的普遍意義可以很方便的引用到單片及控制系統(tǒng)中。當然在開發(fā)中還有較多的注意事項，例如設備失靈時總線控制器的等待只能在一定的時間內，否則的會引起假死狀態(tài)。因此本協(xié)議的適用可跟據(jù)具體的系統(tǒng)做一些適當?shù)难a充規(guī)定。
參考文獻：
[1]李建東，盛敏編著.通信網(wǎng)絡基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.8
注釋：
�、夙椖炕穑嘿F陽學院2008院級課題。
�、谧髡吆喗椋簩O健(1979-)貴陽學院物理與電子信息科學系講師;貴州大學2006級在讀研究生，主要研究通信與自動控制。
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