基于Lonworks技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器設(shè)計(jì)

本文描述的網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器(NPS)可以為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)智能裝置提供可靠的打印共享服務(wù)，極大地節(jié)約了系統(tǒng)成本；并且還可以方便地對(duì)NPS的功能進(jìn)一步擴(kuò)充，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]是由Echelon公司開(kāi)發(fā)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)技術(shù)，具有通信可靠、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使其在航天控制、工業(yè)過(guò)程控制、樓宇自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其采用的LonTalk協(xié)議完全支持OSI/ISO網(wǎng)絡(luò)協(xié)議參考模型從物理層直至應(yīng)用層的全部7層服務(wù)。Toshiba公司的TMPN3150/3120神經(jīng)元芯片[2]內(nèi)嵌了LonTalk協(xié)議，LonTalk協(xié)議和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)作為神經(jīng)元芯片的固件提供給用戶，方便了用戶開(kāi)發(fā)。神經(jīng)元芯片支持多種通信介質(zhì)、多信道和多種通信速率。NPS硬件設(shè)計(jì)采用Toshiba公司的TMPN3150神經(jīng)元芯片，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具為Echelon公司的NodeBuilder[3]，其編程語(yǔ)言為Neuron C語(yǔ)言L4,5]。NPS能夠與多達(dá)64個(gè)其他智能設(shè)備(ID—Intelligent Device)構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)，通信介質(zhì)為雙絞線，通信速率在78kbps時(shí)最大通信距離為1 200 m。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 NPS硬件設(shè)計(jì)
    如圖2所示，NPS采用1塊TMPN315081AF神經(jīng)元芯片，配置1片64K×8位Flash存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)器和1片128K×8位RAM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；神經(jīng)元芯片的CP0～CP4雙向通信接口和78kbps的收發(fā)器構(gòu)成Lon-works網(wǎng)絡(luò)接口；TMPN315081AF神經(jīng)元芯片I/O引腳的功能可通過(guò)程序靈活配置。在此，I/00～I(xiàn)/07引腳接打印機(jī)接口的8位數(shù)據(jù)線，I/08引腳接打印機(jī)選通線(STRB)，I/09接打印機(jī)的“Busy”信號(hào)線，并要在應(yīng)用程序中用如下Neuron C語(yǔ)句配置：
    IO_0 output byte PrintData；
    IO_8 output bit PrintStb；
    IO_9 output bit PrintBusy；。

2 NPS應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
    NPS與各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)之間為主從方式，通過(guò)查詢完成工作。網(wǎng)絡(luò)尋址為domain：subnet：node方式。網(wǎng)絡(luò)通信采用顯示報(bào)文格式。
2.1 應(yīng)用程序運(yùn)行機(jī)制
    TMPN315081AF神經(jīng)元芯片固化了LonTalk的全部七層協(xié)議[2]，位于應(yīng)用層的調(diào)度程序(Scheduler)負(fù)責(zé)目標(biāo)應(yīng)用程序的啟動(dòng)、任務(wù)調(diào)度運(yùn)行，并且任務(wù)運(yùn)行必須有一個(gè)特定的事件來(lái)觸發(fā)。根據(jù)這個(gè)調(diào)度機(jī)制，本文在NPS的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)了以下事件(Events)及其對(duì)應(yīng)任務(wù)的功能。
(1) reset事件
    完成NPS的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置，建立Lonworks網(wǎng)絡(luò)的域和地址，并完成打印機(jī)初始化工作。
(2)timer_expires事件
    在程序中定義了3個(gè)周期性定時(shí)器：
    stimer repeating sNetUpDTr=12；
    mtimer repeating mAddrTr=300；
    mtimer repeating mPollTr=1000；。

    秒級(jí)定時(shí)器sNetUpDTr啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)更新，毫秒級(jí)定時(shí)器mAddrTr事件對(duì)應(yīng)的任務(wù)通過(guò)廣播報(bào)文查詢網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)地址，并更新程序中的所有節(jié)點(diǎn)列表。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)定義如下：
typedef struct
{ unsigned int ID_num；//唯一ID
char ID_descrip[32]；//描述網(wǎng)絡(luò)地址，定義在Neu-ron C的addrdefs.h文件中msg_out_addr ID_dest_addr；   
}ID_INFO；
    毫秒級(jí)定時(shí)器mPollTr事件激發(fā)查詢?nèi)蝿?wù)，詢問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)是否有打印信息。
(3)msg_arrives事件
    當(dāng)收到報(bào)文時(shí)，此事件為真，其對(duì)應(yīng)的任務(wù)接收?qǐng)?bào)文，根據(jù)報(bào)文類型字段，可以區(qū)分是命令報(bào)文還是欲打印數(shù)據(jù)報(bào)文。
(4)iO_in()事件
    在程序中對(duì)應(yīng)when(iO_in(Print_Busy)==0){…}，就是當(dāng)打印機(jī)一旦空閑，就啟動(dòng)打印任務(wù)，把程序中打印緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸出到打印機(jī)。整個(gè)NPS應(yīng)用程序的運(yùn)行機(jī)制如圖3所示，每個(gè)任務(wù)在執(zhí)行時(shí)都調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來(lái)完成預(yù)定功能，函數(shù)代碼不在此詳述。
2.2 應(yīng)用程序通信協(xié)議
    之所以單獨(dú)提出這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)橥ㄓ崊f(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序至關(guān)重要。本文中，NPS和其他智能節(jié)點(diǎn)間的應(yīng)用層通信協(xié)議為兩級(jí)協(xié)議：第一層，顯式報(bào)文嚴(yán)格按照Neu-ron C定義的格式、填寫(xiě)報(bào)文的個(gè)字段；第二層，對(duì)顯式報(bào)文中的數(shù)據(jù)段，應(yīng)該定義自己的用戶數(shù)據(jù)規(guī)約。
    最后，應(yīng)用程序在NodeBuider環(huán)境下編譯、連接后生成可執(zhí)行文件，寫(xiě)入到Flash存儲(chǔ)器，經(jīng)變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和測(cè)試，NPS能夠可靠地完成網(wǎng)絡(luò)打印功能。

3 結(jié) 論
    Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種高抗干擾性、高性價(jià)比的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)技術(shù)，本文NPS設(shè)計(jì)之所以采用這種技術(shù)就是考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往具有很強(qiáng)的電磁干擾。從硬件、編程和開(kāi)發(fā)工具對(duì)NPS的設(shè)計(jì)進(jìn)行較詳盡地描述，希望對(duì)從事Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的讀者能稍有裨益。本裝置與變電站測(cè)控單元、保護(hù)單元配套，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，工作穩(wěn)定可靠。