協(xié)議轉(zhuǎn)換器

1、摘 要隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的分散化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，以控制技術、計算機技術、通信技術為基礎的現(xiàn)場總線技術，由于其具有減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護和管理，降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等優(yōu)點，自20世紀70年代誕生至今，受到全世界的普遍關注，得到了廣泛的推廣，成為全球工業(yè)自動化技術的熱點。為了使煤礦井下基于Modbus總線、CAN總線和以太網(wǎng)三種不同協(xié)議的設備和監(jiān)控系統(tǒng)能夠互通互聯(lián)，形成綜合的自動化系統(tǒng)，本文探討了一種具有本

2、安接口的嵌入式多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設計和實現(xiàn)，可以同時實現(xiàn)Modbus總線協(xié)議、CAN總線協(xié)議和TCP/IP協(xié)議三種協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換功能。硬件使用了32位ARM微控制器LPC2388，并外擴了16K位串行CMOS E2PROM和液晶顯示模塊，在軟件設計上，采用了μC/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)。本作品介紹了課題產(chǎn)生的背景，現(xiàn)場總線技術和以太網(wǎng)技術發(fā)展的現(xiàn)狀、現(xiàn)場總線在煤礦井下的應用以及課題研究的意義、嵌入式系統(tǒng)和μC/OS-II嵌入式實時

3、操作系統(tǒng)、Modbus總線協(xié)議、CAN總線協(xié)議和TCP/IP協(xié)議簇，以及這三種協(xié)議在課題中簡化實現(xiàn)。本作品詳細介紹了這個具有本安接口的多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的硬件電路設計和軟件設計，并給出了部分電路原理圖，在軟件設計上，先重點介紹了Modbus總線協(xié)議、CAN總線協(xié)議和TCP/IP協(xié)議在系統(tǒng)中嵌入與實現(xiàn)，之后介紹了系統(tǒng)的多協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的軟件實現(xiàn)。關鍵詞： 關鍵詞：本質(zhì)安全； 多協(xié)議轉(zhuǎn)換； TCP/IP； 嵌入式系統(tǒng)； μC/OS-II2 嵌入式操

4、作系統(tǒng)和本質(zhì)安全技術2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的簡介嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operating System)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，負責嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作、控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動[16] [17][18]，過去主要應用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領域,隨著 Internet 技術的發(fā)展、信息家電的普及和嵌入式實時操作系統(tǒng)的微型化和專業(yè)化，嵌入式實時操作系統(tǒng)開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展，在系統(tǒng)實時高效

5、性、硬件的相關依賴性、軟件固態(tài)化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。它除了具有一般操作系統(tǒng)最基本的功能如任務調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件功能等外，還有可裝載性、強實時性、強穩(wěn)定性并具有強大的網(wǎng)絡功能等特點，現(xiàn)在，常見的嵌入式系統(tǒng)有：Linux、uClinux、WinCE、Palm OS、eCos、μC/OS-II、VxWorks、Nucleus 等，其中 3Corn 公司下屬子公司的 Palm OS，全球占有份額達 50％，

6、Microsoft 公司的 Windows CE 不過 29％。在美國市場，Palm OS 更以 80％的占有率遠超 Windows CE[18]。 2.2 嵌入式實時操作系統(tǒng) μC/OS-II 的特點μC/OS-II 是 Labrosse 先生于 1992 年編寫的一個開放的實時內(nèi)核，是基于優(yōu)先級的可剝奪型內(nèi)核，系統(tǒng)中所有的任務都有一個唯一的優(yōu)先級，適用于實時性要求較強的場合，它最主要的特點是源碼公開，它應用廣泛，適合小型控制系統(tǒng)，具

7、有執(zhí)行效率高、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，為了提高 μC/OS-II 的可移植性，除了那些與硬件關系極為緊密的軟件模塊不得不用匯編語言編寫之外，μC/OS-II 的絕對多數(shù)代碼都是用 C 語言編寫的[19]。μC/OS-II 是一個可剪裁的操作系統(tǒng)，代碼的裁剪可以通過設置OS_CFG.H 中#defines OS_???_EN 為 0 來實現(xiàn)，用戶不需要的服務代碼就可以不用產(chǎn)生，這樣節(jié)約了代碼空間。任務采用函數(shù)的形式，僅僅是借用了函