[发明专利]PROFIBUS-DP主站通信设备及其微处理器和ASIC芯片共享数据的方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于嵌入式微处理器和ASIC芯片的PROFIBUS-DP主站通信设备。

背景技术

PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等领域，其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信标准，多用于设备级控制系统分散式I/O的通信。

目前在国内PROFIBUS-DP总线技术的应用与开发已经比较广泛，PROFIBUS虽然协议公开，但技术封闭，核心技术被西门子等少数几家国外公司控制。因此导致国内基于DP总线的智能设备发展比较缓慢，而且存在从站产品多，主站产品少；二次开发多，掌握核心技术少等问题。由于PROFIBUS-DP网络中必须要有一个主站进行通信控制，国内厂家开发设计的DP智能设备一般是挂接在西门子等国外厂商的DP主站下方能工作运行。

目前，开发PROFIBUS-DP主站设备主要有以下几种可行的方案：

(1)软件PROFIBUS-DP主站。该方案由软件来实现PROFIBUS-DP物理层以上的所有协议，在微处理器中运行完整的协议栈。由于目前大多数CPU都带有UART口，只需外加一个RS485收发器即可实现DP协议的物理层，在此基础上实现DP协议的数据链路层、用户接口层等。该方案虽然硬件简单、成本低廉，但软件设计的任务非常繁复，可靠性难以保证，且达不到较高的通信速率，一般处理器片上UART的理论极限速率在1.5Mbps左右，加上数据链路层及用户接口层的功能，实际的极限速率预计只有达到几百Kbps，与DP协议支持的12Mbps速率相差甚远，降低了通信的性能，限制了设备的应用场合。和利时公司基于这种方案实现了PROFIBUS-DP主站，但受到通信速率的限制，应用一直难以推广。

(2)基于嵌入式主站模块二次开发。该方案是开发PROFIBUS-DP主站采用最多的一种。嵌入式主站模块内部已经集成ASIC芯片和固化程序。开发者购买嵌入式模块并在其基础上作二次开发。该方案开发难度和开发风险都大大减少，开发周期缩减，但是目前市场上已有的嵌入式主站模块基本上被西门子等国外公司垄断，采用这种方案需要购买它们的嵌入式模块，开发成本大且在技术上受制于人，并没有真正掌握PROFIBUS-DP主站的核心技术。国内大多数厂商的DP主站产品都是基于这种方案，产品成本居高不下。

(3)ASIC芯片外加扩展固件程序。该方案由ASIC芯片实现PROFIBUS-DP协议数据链路层的介质访问控制功能，数据链路层的其他功能和用户接口层的功能由微处理器运行其扩展固件程序实现。该方案的硬件方案比第一种方案复杂，由于ASIC芯片的使用，该方案可以达到较高的通信速率(最高12Mbps)，能够充分发挥PROFIBUS-DP总线的速度优势，性能稳定可靠，且剔除了使用国外技术的额外成本，产品成本相对低廉。目前，国外的芯片供货商限制了芯片配套固件程序的开放，不出售固件，因此采用这种方案要由开发人员自行设计硬件接口电路并编写固件程序及上层软件，需要开发者对芯片及DP协议都非常熟悉，开发难度极大。目前市场上尚无国内厂商基于此方案开发成功的性能稳定可靠的主站产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现PROFIBUS-DP协议栈中1类主站功能的PROFIBUS-DP主站通信设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种PROFIBUS-DP主站通信设备，包括嵌入式微处理器及其包括非易失存储器在内的外围电路、ASIC芯片、双口RAM静态存储器，ASIC芯片通过RS485接口电路连接PROFIBUS-DP总线，其特征在于：所述嵌入式微处理器及其外围电路、双口RAM连接在3.3V总线，双口RAM一端接口与微处理器及其外围电路连接，另一端接口供用户使用；ASIC芯片和静态存储器连接在5V总线；3.3V总线与5V总线之间设置复杂可编程逻辑器件实现电平转换以及微处理器、ASIC芯片两者共享静态存储器数据。

所述ASIC芯片与RS485接口电路之间设置有光耦隔离芯片。

所述嵌入式微处理器外围电路还包括通过微处理器的通用异步串行接口转接RS232串口。

所述嵌入式微处理器外围电路还包括通过微处理器的I/O连接LED。

所述嵌入式微处理器外围电路还包括通过微处理器的I/O连接看门狗芯片。

以上所述嵌入式微处理器是嵌入式ARM微处理器。

以上所述ASIC芯片是ASPC2芯片。