基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于嵌入式多ＭＣＵ的通信协议转换装置及方法，采用嵌入式多ＭＣＵ和实时多任务操作系统ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ。通信协议转换装置以Ｍｏｄｂｕｓ／ＲＴＵ或ＡＳＣＩＩ等协议实现与设备层的数据采集Ｉ／Ｏ模块的通讯，得到工业现场测量数据，然后采用以太网通信接口以Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ、ＴＣＰ／ＩＰ等协议将数据远程传输到上位ＤＡＳ、ＤＣＳ等监控系统，实现工业通信网络的中继和协议转换功能，以使设备层的串口设备能轻松连接到监控层网络。采用嵌入式多ＭＣＵ及高速双口ＲＡＭ数据共享技术，简化电路设计，提高系统的可靠性、实时性，方便实现嵌入式ＭＣＵ间的数据交换、数据共享和信息处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信协议转换技术，特别是涉及一种基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置及方法。
技术介绍
在电力、石油、化工、冶金、钢铁、交通等各个行业，现场信号通过数据采集系统进行连续采集和处理后，需要通过数据通信网络传送至上位DAS、DCS等监控系统。由于现场级设备与控制级或监控级的设备对于数据处理和传输存在诸多不同，因此现场信号传送至上位监控系统的过程中经常需要经过不同的数据通信网络，通信协议转换装置就必不可少。随着计算机、电子、自动化、网络与通信等技术的快速发展，网络化、智能化、数字化的分布式控制系统得到了广泛应用，这就要求对控制系统各项数据的准确性和可靠性提出了更高的要求。而目前大部分采用的基于单任务顺序机制的单片机系统不仅处理能力有限，且存在系统实时性、可靠性较差的问题。近年来，嵌入式技术得到了迅速发展，嵌入式系统能够很好地适应数据采集与监控系统对功能、可靠性、成本、体积及功耗等方面的严格要求，以高性能嵌入式微处理器为核心构建新一代数据采集与监测系统的通信协议转换装置具有重要应用意义。
技术实现思路
本专利技术是针对现有通信技术里单片机系统处理能力有限，且存在系统实时性、可靠性较差的问题，提出了一种基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置及方法，采用嵌入式多MCU及高速双口RAM数据共享技术，提高了系统的-->可靠性、实时性，可方便实现嵌入式MCU间的数据交换、数据共享和信息处理。本专利技术的技术方案为：一种基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置，包括LCD液晶显示、按键、以太网、RSB485通信接口、RS232通信接口，还包括嵌入式从MCU、双口RAM、嵌入式主MCU，其中嵌入式从MCU通过RS232通信接口或RS485通信接口以Modbus/RTU或ASCII协议实现与工业现场数据的通讯，嵌入式从MCU将数据放到双口RAM中，嵌入式主MCU与双口RAM交换数据，接收键盘的指令，并负责管理系统参数设置，同时将数据输出到LCD液晶显示，以及通过以太网通信接口将数据远程传输到上位监控系统。所述双口RAM采用具有异步高速双口静态RAM的IDT7134芯片，该芯片具有两个完全独立的端口，每个端口都有自己的控制线、地址线和数据线，内部集成了竞争逻辑电路。将所述IDT7134芯片的RAM存储器分为两块，一块为嵌入式主MCU传给嵌入式从MCU的数据，这一块只允许嵌入式主MCU读写，嵌入式从MCU只读；另一块为嵌入式从MCU传给嵌入式主MCU的数据，这一块只允许嵌入式从MCU读写，嵌入式主MCU只读。一种基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法，包括基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置和实时多任务操作系统uC/OS-II，具体方法包括以下步骤：1)调用OSInit()函数：OSInit()函数建立了2个任务：空闲任务和统计任务，其中空闲任务在所有其他任务未就绪时运行，统计任务主要计算CPU的利用率；2)执行InitHardware()函数，完成系统时钟设置和各硬件参数设置，执行InitPara()函数完成系统全局变量初始化，执行CommInit()函数完成UART-->串口参数的初始化，建立通讯任务；3)进入系统uC/OS-II内核，开始运行多任务；4)系统的通讯任务主要完成数据请求和等待接收中断服务子程序的应答信号量，uC/OS-II内核建立的空闲任务中完成发送请求帧数据的功能；5)系统设3个中断服务子程序：定时中断、外部0中断和通讯接收中断，其中定时中断实现延时与超时控制功能，外部0中断发送通讯完成信号量功能，通讯接收中断负责接收应答帧数据；6)每次通讯完成后都重新初始化一次UART串口，可以消除通讯波特率的累积误差，程序可实现与32个Slave设备通讯，依次发送Slave设备地址号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法，实现工业通信网络的中继和协议转换功能，以使设备层的串口设备能轻松连接到监控层网络。通信协议转换装置采用嵌入式多MCU及高速双口RAM数据共享技术，简化电路设计，提高系统的可靠性、实时性，方便实现嵌入式MCU间的数据交换、数据共享和信息处理。附图说明图1本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置的系统结构图；图2本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法主程序流程图；图3本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法通讯任务调度过程图；图4本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法通讯任务程序流程图；图5本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法数据请求程序流程图；图6本专利技术基于嵌入式多MCU的通信协议转换方法数据接收中断服务程序流-->程图。具体实施方式如图1所示，基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置包括嵌入式从MCU1、双口RAM2、LCD液晶显示3、嵌入式主MCU4、按键5、以太网6、RSB485通信接口7和RS232通信接口8。其中嵌入式从MCU1通过RS232通信接口8或RS485通信接口7以Modbus/RTU或ASCII等协议实现与设备层的数据采集I/O模块、智能仪器仪表等的通讯，得到工业现场测量数据，嵌入式从MCU1将数据放到双口RAM2中，嵌入式主MCU4与双口RAM2交换数据，接收键盘5的指令，并负责管理系统参数设置，同时将数据输出到LCD液晶显示3，以及通过以太网6通信接口以Modbus/TCP、TCP/IP等协议将数据远程传输到上位DAS、DCS等监控系统。本专利技术采用了高速双口RAM数据共享技术，双口RAM2芯片采用IDT7134，该芯片是异步高速双口静态RAM，具有两个完全独立的端口，每个端口都有自己的控制线、地址线和数据线，内部集成了竞争逻辑电路。嵌入式MCU对双口RAM端口的操作等效于对它的外部RAM进行操作。本专利技术根据数据传输特点，对存储器进行分配，在软件上实现仲裁，采用将IDT7134的RAM存储器分为两块，一块为嵌入式主MCU传给嵌入式从MCU的数据，这一块只允许嵌入式主MCU读写，嵌入式从MCU只读；另一块为嵌入式从MCU传给嵌入式主MCU的数据，这一块只允许嵌入式从MCU读写，嵌入式主MCU只读。这样就解决了共享数据冲突的问题。此外，通信协议转换装置的地址锁存器采用74HC373和74HC573，分别用于双口RAM的左右端口的地址锁存。如图2所示为本专利技术的主程序流程图，其软件平台采用源码公开、可移-->植、可裁剪、可固化的抢占式实时多任务操作系统uC/OS-II。采用uC/OS-II实时操作系统内核，简化了应用系统的设计，使整个系统结构简洁，使复杂的应用程序层次化。在使用uC/OS-II提供的任何功能之前，必须调用OSInit()函数。OSInit()函数建立了2个任务：空闲任务和统计任务，其中空闲任务在所有其他任务未就绪时运行，统计任务主要计算CPU的利用率。InitHardware()函数主要完成系统时钟设置和各硬件参数设置，InitPara()函数完成系统全局变量初始化，CommInit()函数完成UART串口参数的初始化，建立通讯任务。如图3所示为本专利技术的通讯任务调度过程，系统的通讯任务负责处理Slave的应答帧数据。即完成数据请求和等待接收中断服务子程序的应答信号量，发送请求帧数据的功能由uC/O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式多ＭＣＵ的通信协议转换装置，包括ＬＣＤ液晶显示、按键、以太网、ＲＳＢ４８５通信接口、ＲＳ２３２通信接口，其特征在于，还包括嵌入式从ＭＣＵ、双口ＲＡＭ、嵌入式主ＭＣＵ，其中嵌入式从ＭＣＵ通过ＲＳ２３２通信接口或ＲＳ４８５通信接口以Ｍｏｄｂｕｓ／ＲＴＵ或ＡＳＣＩＩ协议实现与工业现场数据的通讯，嵌入式从ＭＣＵ将数据放到双口ＲＡＭ中，嵌入式主ＭＣＵ与双口ＲＡＭ交换数据，接收键盘的指令，并负责管理系统参数设置，同时将数据输出到ＬＣＤ液晶显示，以及通过以太网通信接口将数据远程传输到上位监控系统。

【技术特征摘要】
1、一种基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置，包括LCD液晶显示、按键、以太网、RSB485通信接口、RS232通信接口，其特征在于，还包括嵌入式从MCU、双口RAM、嵌入式主MCU，其中嵌入式从MCU通过RS232通信接口或RS485通信接口以Modbus/RTU或ASCII协议实现与工业现场数据的通讯，嵌入式从MCU将数据放到双口RAM中，嵌入式主MCU与双口RAM交换数据，接收键盘的指令，并负责管理系统参数设置，同时将数据输出到LCD液晶显示，以及通过以太网通信接口将数据远程传输到上位监控系统。2、根据权利要求1所述基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置，其特征在于，所述双口RAM采用具有异步高速双口静态RAM的IDT7134芯片，该芯片具有两个完全独立的端口，每个端口都有自己的控制线、地址线和数据线，内部集成了竞争逻辑电路。3、根据权利要求2所述基于嵌入式多MCU的通信协议转换装置，其特征在于，将所述IDT7134芯片的RAM存储器分为两块，一块为嵌入式主MCU传给嵌入式从MCU的数据，这一块只允许嵌入式主MCU读写，嵌入式从MCU只读；另一块为嵌入式从MCU传给嵌入式主MCU的数据，这一块只允许嵌入式从MCU...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭道刚，张浩，茅大钧，郑陆君，李辉，夏飞，许龙虎，杨瓅，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]