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(luò)化、智能化發(fā)展，以控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由于其具有減少系統(tǒng)線纜，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代誕生至今，受到全世界的普遍關(guān)注，得到了廣泛的推廣，成為全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。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(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)能夠互通互聯(lián)，形成綜合的自動(dòng)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(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，可以同時(shí)實(shí)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(kuò)了16K位串行CMOS E2PROM和液晶顯示模塊，在軟件設(shè)計(jì)上，采用了μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。本作品介紹了課題產(chǎn)生的背景，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、現(xiàn)場(chǎng)總線在煤礦井下的應(yīng)用以及課題研究的意義、嵌入式系統(tǒng)和μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)

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(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)。本作品詳細(xì)介紹了這個(gè)具有本安接口的多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并給出了部分電路原理圖，在軟件設(shè)計(jì)上，先重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)，之后介紹了系統(tǒng)的多協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的軟件實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞： 關(guān)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(shù)2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(fù)責(zé)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(dòng)[16] [17][18]，過(guò)去主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域,隨著 Internet 技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的微型化和專業(yè)化，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強(qiáng)功能方向發(fā)展，在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效

5、性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。它除了具有一般操作系統(tǒng)最基本的功能如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等外，還有可裝載性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、強(qiáng)穩(wěn)定性并具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等特點(diǎn)，現(xiàn)在，常見(jiàn)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(dá) 50％，

6、Microsoft 公司的 Windows CE 不過(guò) 29％。在美國(guó)市場(chǎng)，Palm OS 更以 80％的占有率遠(yuǎn)超 Windows CE[18]。 2.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) μC/OS-II 的特點(diǎn)μC/OS-II 是 Labrosse 先生于 1992 年編寫(xiě)的一個(gè)開(kāi)放的實(shí)時(shí)內(nèi)核，是基于優(yōu)先級(jí)的可剝奪型內(nèi)核，系統(tǒng)中所有的任務(wù)都有一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)，適用于實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的場(chǎng)合，它最主要的特點(diǎn)是源碼公開(kāi)，它應(yīng)用廣泛，適合小型控制系統(tǒng)，具

7、有執(zhí)行效率高、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，為了提高 μC/OS-II 的可移植性，除了那些與硬件關(guān)系極為緊密的軟件模塊不得不用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)之外，μC/OS-II 的絕對(duì)多數(shù)代碼都是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的[19]。μC/OS-II 是一個(gè)可剪裁的操作系統(tǒng)，代碼的裁剪可以通過(guò)設(shè)置OS_CFG.H 中#defines OS_???_EN 為 0 來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶不需要的服務(wù)代碼就可以不用產(chǎn)生，這樣節(jié)約了代碼空間。任務(wù)采用函數(shù)的形式，僅僅是借用了函