PROFIBUS DP總線I/O設(shè)備的開發(fā)研究

總線I/O是"現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程I/O"的簡稱，是基于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中的主要設(shè)備，PROFIBUS-DP是總線I/O的主流通信協(xié)議。一個(gè)總線I/O設(shè)備可能需要多種總線接口，對于設(shè)備的開發(fā)人員來講，他們專注于設(shè)備功能單元的核心技術(shù)，如果讓他們從頭開發(fā)各種通信接口，勢必會分散設(shè)備開發(fā)人員的精力，增加開發(fā)成本和開發(fā)周期。

總線I/O的主要功能分為輸入、輸出兩部分。輸入是采集現(xiàn)場模擬信號（如4~20 mA）和開關(guān)量信號（如24 V DC）轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量并按照通信協(xié)議傳送到現(xiàn)場總線。輸出是將現(xiàn)場總線通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬輸出和開關(guān)量輸出。PROFIBUS-DP總線I/O設(shè)備以從站的形式存在。

本文介紹如何使用XGate-DPS軟件庫設(shè)計(jì)設(shè)備軟件。通過下面的介紹，您可以快速地讓您的設(shè)備具有思想，最終成為一個(gè)功能完整的設(shè)備。

　　1 XGate-DPS軟件庫結(jié)構(gòu)

　　XGate-DPS系列模塊都提供了軟件庫，用戶使用該軟件庫可以快速開發(fā)出設(shè)備軟件。圖1是該軟件庫的結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)軟件架構(gòu)將XGate-DPS的資源展示給用戶，這些資源包括輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、用戶參數(shù)數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)等等。圖中，灰色背景部分表示需要用戶編程。軟件庫針對8051、ARM平臺做了硬件相關(guān)的接口驅(qū)動(dòng)，一般不需要做任何更改，如果使用新的硬件平臺， 用戶需要修改UART驅(qū)動(dòng)。

　　軟件庫自行完成UART數(shù)據(jù)傳輸控制、命令發(fā)送和接收及相關(guān)分析處理，即圖中的"XGate數(shù)據(jù)處理"部分；在"XGate數(shù)據(jù)處理"的上層，提供了用戶接口函數(shù)API,用戶使用這些函數(shù)完成對XGate-DPS的操作；一些基于事件的操作，如DP-V1的讀寫和數(shù)據(jù)傳輸請求，"XGate數(shù)據(jù)處理"將通過回調(diào)方式獲取應(yīng)答和處理；用戶應(yīng)用程序APP可以直接訪問XGate資源，但是，必須使用API來更新這些資源。

　　2 XGate-DPS軟件設(shè)計(jì)步驟

　　用戶使用該軟件庫對XGate-DPS10的操作其實(shí)就是完成回調(diào)函數(shù)、使用API更新資源、訪問資源數(shù)據(jù)。整個(gè)設(shè)計(jì)遵循圖2所示的5個(gè)步驟，每個(gè)步驟需要完成的工作在圖中作了注釋，其中，大多數(shù)場合不需要步驟3;在不使用DP-V1的情況下步驟4幾乎也是可以忽略的。

　　3 總線I/O設(shè)備的GSD文件

　　GSD文件是設(shè)備描述文件，當(dāng)一個(gè)設(shè)備確定了其功能和參數(shù)后，GSD文件也就確定了。設(shè)備的GSD文件一般是通過修改示例GSD文件生成，示例GSD文件中的大部分關(guān)鍵字和參數(shù)已經(jīng)確定而不需要修改。本例中修改示例如下：

　　修改的內(nèi)容一部分是設(shè)備的名稱、序列號等信息，另一部分是設(shè)備組態(tài)數(shù)據(jù)和用戶參數(shù)數(shù)據(jù)部分。設(shè)備組態(tài)數(shù)據(jù)指示了設(shè)備的輸入輸出大小，決定了通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，組態(tài)數(shù)據(jù)的設(shè)置可以查看XGate-DPS10數(shù)據(jù)手冊的附錄；用戶參數(shù)數(shù)據(jù)是為了限定或指示設(shè)備數(shù)據(jù)的范圍或意義的，更詳細(xì)的信息請參考《XGate-DPS10數(shù)據(jù)手冊》。

4 APP設(shè)計(jì)及回調(diào)函數(shù)

　　軟件庫提供了demo示例代碼，一個(gè)軟件庫基礎(chǔ)操作單元如圖3所示。

　　在使用軟件包前，首先要配置cfg.h頭文件的宏定義，這包括與硬件相關(guān)的寄存器、緩沖區(qū)大小、設(shè)備屬性等的定義。

　　使用軟件包，用戶沒有必要去考慮如何與模塊通信，也不必了解PROFIBUS技術(shù)細(xì)節(jié)，只需要關(guān)心設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)及如何組織數(shù)據(jù)。一個(gè)典型的前后臺用戶程序框圖如圖4所示。

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　　軟件包中有兩個(gè)非常重要的函數(shù)DataUpdate（）和RecvProcess（），調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。接收到的交換數(shù)據(jù)在sys.Out_data[]數(shù)組中，要發(fā)送的數(shù)據(jù)需要放到sys.In_data[]中。例如：

　　放到sys數(shù)組中的數(shù)據(jù)順序與GSD文件描述的設(shè)備信息順序是一致的。在本例中，8位開關(guān)輸入量在sys.In_data[0]中，而16位（2 B）計(jì)數(shù)器占用sys.In_data[1…2];8位開關(guān)輸出在sys.Out_data[0]中。來自主站的用戶參數(shù)數(shù)據(jù)放在sys.User_para[]數(shù)組中，用戶可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)的意義設(shè)置設(shè)備相關(guān)功能。

　　XGate-DPS10支持用戶診斷，用戶可以調(diào)用SetDiag_Channel（）、SetDiag_Identifier（）、SetDiag_Device（）等函數(shù)來完成用戶診斷的發(fā)送，在發(fā)送這些診斷前，需要將診斷信息賦值到定義好的結(jié)構(gòu)體中，例如：

　　當(dāng)XGate-DPS收到DP-V1讀寫請求，也將產(chǎn)生一個(gè)中斷，軟件庫將調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。在這些回調(diào)函數(shù)中應(yīng)首先判斷訪問的slot_num、index的合法性，基本格式如下：

　　PROFIBUS-DP從站應(yīng)用廣泛，使用通信接口模塊來開發(fā)總線I/O設(shè)備可以有效地縮短開發(fā)周期、節(jié)省成本投入，并在可靠性上得到保障。XGate-DPS10符合大多數(shù)應(yīng)用場合，其高可靠性、方便性、低成本性使其成為開發(fā)DP從站設(shè)備的首選。