基于TMPN3150芯片的神經(jīng)元芯片的I/O應(yīng)用模式的研究

１、引言

１９９３年美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司發(fā)明了Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)，該技術(shù)提供了一個(gè)開放性很強(qiáng)且無專利權(quán)的底層通訊網(wǎng)絡(luò)——局部操作網(wǎng)絡(luò)（ＬＯＮ）。該通信協(xié)議采用Ｌｏｎｔａｌｋ?yún)f(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)采用神經(jīng)元芯片。神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ 芯片）是Ｌｏｎｗｏｒｋｓ技術(shù)的核心，它含有Ｌｏｎｔａｌｋ 協(xié)議的固態(tài)軟件（簡稱為固件），因而能進(jìn)行可靠地通訊。為了實(shí)現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ芯片與Ｉ／Ｏ設(shè)備之間的通信，Ｎｅｕｒｏｎ芯片的１１個(gè)引腳可定義為３４種Ｉ／Ｏ對象，其中包括并行Ｉ／Ｏ對象、串行Ｉ／Ｏ對象、直接Ｉ／Ｏ對象、定時(shí)／計(jì)數(shù)器輸入對象等。用戶可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要在應(yīng)用程序中定義不同的Ｉ／Ｏ對象，然后調(diào)用ｉｏ ｉｎ？？或ｉｏ ｏｕｔ？？等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對Ｉ／Ｏ對象的數(shù)據(jù)讀寫操作，即實(shí)現(xiàn)Ｎｅｕｒｏｎ 芯片與Ｉ／Ｏ設(shè)備之間的通信。文中介紹了神經(jīng)元芯片的一種Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式，即并行Ｉ／Ｏ模式（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉ／Ｏ Ｍｏｄｅ）。該神經(jīng)元芯片采用日本東芝公司的ＴＭＰＮ３１５０芯片。

ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)是一種常見的電氣和通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，而Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線在網(wǎng)絡(luò)通訊方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò)物理層支持多種通信介質(zhì)，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等），它以其突出的統(tǒng)一性、開放性及互操作性受到各行各業(yè)的重視，并且作為現(xiàn)場總線中的佼佼者在國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域的測控系統(tǒng)中廣泛流行。因此，將現(xiàn)場設(shè)備的ＲＳ－２３２信號轉(zhuǎn)換為包含ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議的信息來實(shí)現(xiàn)與其它ＬＯＮ節(jié)點(diǎn)以及ＬＯＮ網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備之間的通訊，具有拓寬ＬＯＮ應(yīng)用范圍的意義。筆者基于神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式設(shè)計(jì)了一個(gè)適配器，從而實(shí)現(xiàn)了ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的集成。

２、神經(jīng)元芯片的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式

通過定義并行Ｉ／Ｏ對象，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可以實(shí)現(xiàn)與外接各類微處理器之間的雙向數(shù)據(jù)通信，并行口的速率可達(dá)３．３Ｍｂｐｓ。并行Ｉ／Ｏ對象利用Ｎｅｕｒｏｎ的１１個(gè)Ｉ／Ｏ口進(jìn)行通信，其中ＩＯ０～ＩＯ７為８根數(shù)據(jù)線，ＩＯ８～ＩＯ１０為控制信號線。并行口的工作方式有３種，即ｍａｓｔｅｒ、ｓｌａｖｅ－Ａ和ｓｌａｖｅ－Ｂ。在不同模式下，ＩＯ８～ＩＯ１０這３根控制信號線的意義不同。筆者應(yīng)用的是ｓｌａｖｅ－Ａ模式，即從Ａ模式。

在從Ａ模式中，ＩＯ８為片選信號線（ＣＳ），ＩＯ９為讀寫信號線（Ｒ／ Ｗ），ＩＯ１０為握手信號線（ＨＳ）。在此模式中，應(yīng)將Ｎｅｕｒｏｎ芯片作為從機(jī)（ｓｌａｖｅ），微處理器作為主機(jī)（ｍａｓｔｅｒ），主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過虛擬的寫令牌傳遞協(xié)議（ｖｉｒｔｕａｌ ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ－ｐａｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）來實(shí)現(xiàn)。主機(jī)和從機(jī)交替地獲得寫令牌（ｗｒｉｔｅ ｔｏｋｅｎ），擁有寫令牌的一方既可以寫數(shù)據(jù)（不超過２５５個(gè)字節(jié)），也可以不寫任何數(shù)據(jù)而傳送一個(gè)空令牌。傳送的數(shù)據(jù)要遵從一定的格式，即在要傳送的數(shù)據(jù)前面加上命令碼和所傳數(shù)據(jù)的長度，命令碼有ＣＭＤ＿ＸＦＥＲ（寫數(shù)據(jù)）、ＣＭＤ＿ＮＵＬＬ（傳遞空令牌）、ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ（要求從機(jī)同步）、ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ（確認(rèn)同步）等四種，最后以ＥＯＭ字節(jié)結(jié)束。其中寫數(shù)據(jù)和傳遞空令牌的格式分別為：

在通信以前，主機(jī)和從機(jī)之間應(yīng)先建立握手信號，即ＨＳ信號有效（由ＴＭＰＮ３１５０的固件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)），然后，主機(jī)再送一個(gè)ＣＭＤ＿ＲＥＳＹＮＣ命令要求從機(jī)同步。當(dāng)從機(jī)接收到這個(gè)信號后，則發(fā)送ＣＭＤ＿ＡＣＫＳＹＮＣ以表示同步完成，可以通信了。此后，寫令牌就在主機(jī)和從機(jī)之間無限的交替?zhèn)鬟f，擁有寫令牌的一方可以向數(shù)據(jù)總線上寫數(shù)據(jù)，即主機(jī)可以往從機(jī)寫數(shù)據(jù)，從機(jī)也可以將數(shù)據(jù)傳往主機(jī)。

３、實(shí)例應(yīng)用

基于上述神經(jīng)元芯片ＴＭＰＮ３１５０的并行Ｉ／Ｏ應(yīng)用模式來實(shí)現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)與Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的集成適配器主要由Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和ＭＣＳ５１系列的Ｐ８９Ｃ５１單片機(jī)兩大部分組成。其中Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊用于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通信管理，Ｐ８９Ｃ５１和ＭＡＸ２３２芯片則用來實(shí)現(xiàn)ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路和協(xié)議。其硬件框圖如圖１所示。

適配器的軟件編寫應(yīng)包括兩個(gè)部分。一部分為對主機(jī)程序的編寫，可用Ｃ語言編寫。因?yàn)閺臋C(jī)（ＴＭＰＮ３１５０芯片）的并行模式是在芯片內(nèi)部定義的，它遵從虛擬的寫令牌傳遞協(xié)議，所以需要編寫Ｐ８９Ｃ５１程序來模擬ＴＭＰＮ３１５０的Ｉ／Ｏ并行口的從Ａ模式，該程序主要完成與ＴＭＰＮ３１５０的同步、握手、令牌的傳送以及并行口數(shù)據(jù)的讀寫等四項(xiàng)工作。另一部分是編寫從機(jī)程序，該程序應(yīng)使用神經(jīng)元芯片的編程語言——Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ語言來編寫。當(dāng)從機(jī)將并口得到的報(bào)文進(jìn)行解析后，本系統(tǒng)將利用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ的消息傳送機(jī)制將解析的消息傳送給適配器下層的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將適配器下層的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)以消息形式傳送上來的數(shù)據(jù)或信息所構(gòu)成的Ｐ８９Ｃ５１能識別的報(bào)文通過并口傳送給Ｐ８９Ｃ５１。

４、結(jié)論

利用Ｎｅｕｒｏｎ芯片的并行Ｉ／Ｏ模式實(shí)現(xiàn)Ｌｏｎｗｏｒｋｓ控制模塊和微處理器之間的數(shù)據(jù)交換是構(gòu)造Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線與ＲＳ－２３２通信網(wǎng)絡(luò)適配器的關(guān)鍵，這種簡單、可靠、實(shí)用的接口方法可以推廣到Ｌｏｎ-ｗｏｒｋｓ控制模塊與其它計(jì)算機(jī)的并行數(shù)據(jù)通信中，特別是對已有的測控裝置改造為Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場總線節(jié)點(diǎn)、或者測控功能比較復(fù)雜而僅僅需要Ｎｅｕｒｏｎ作為通訊處理器的場合，同時(shí)，也可用于需用高檔ＣＰＵ來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用方面。

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