分布式測試系統(tǒng)的一種網(wǎng)絡通信設計

　1　引言

　　在測試系統(tǒng)中，常需要對多臺儀器設備進行集中控制，并對它們的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析處理。測試系統(tǒng)智能化和自動化程度的提高對測試設備間的數(shù)據(jù)交換提出了更高的要求，這里，分布式控制成為一種十分有效的方式［1］。

　　在分布式測試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)交換主要在主處理機與各智能控制單元間進行，根據(jù)測試系統(tǒng)的特點，其通信系統(tǒng)應具有良好的可靠性、通用性、擴展能力和簡單的連接方式，并應能適應長距離傳輸?shù)男枰谙到y(tǒng)通信方式及其協(xié)議的制定中應充分考慮以上特點，以使其適應不同測試應用的需要。

　　為適應多控制節(jié)點和長距離通信的需要，本文采用RS—485半雙工串行通信協(xié)議作為本測試控制網(wǎng)絡的通信標準。由于采用了平衡驅(qū)動、差分接收方式，有效地減小了共模干擾等影響，從而使其傳輸距離和帶負載能力等都較RS—232C有很大提高［2］。

　　由于目前的PC機都配有RS—232C接口，故設計了一種RS—485接口，它可以安放在普通的轉(zhuǎn)接頭內(nèi)，直接插到PC機的串口上，把PC機的RS—232C輸出轉(zhuǎn)換為RS—485輸出，其結構如圖1所示。與其它方法相比，這一方法具有接口方式簡單、通用性強、體積小、成本低等優(yōu)點。另外，我們還可在這一接口中加入智能控制單元，以適應與常規(guī)儀器設備通信的需要。

　　圖1　串行接口適配器

　　3　數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與軟件設計

　　分布式測試系統(tǒng)中，各測試設備主要與主處理機間進行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)這一特點，本文決定采用較為明確的主從式通信作為系統(tǒng)通信方式［3］，以保持系統(tǒng)功能的統(tǒng)一性并同時滿足其余節(jié)點間通信的需要。

　　3.1　信息幀格式

　　系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與命令的傳輸均采用打包方式，數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示。其中，地址字節(jié)最高位規(guī)定為0，用以標志幀起始；采用可變長數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)長度范圍為1～255字節(jié)；采用兩個字節(jié)進行數(shù)據(jù)校驗；尾標志規(guī)定為0FFH，用以標志幀結束。字節(jié)傳輸格式規(guī)定為11位，即8位數(shù)據(jù)位，1位地址/數(shù)據(jù)標志位，1位起始位和1位停止位。為便于實現(xiàn)多機通信，把傳輸字節(jié)劃分為地址類碼與數(shù)據(jù)類碼，地址類碼第9位標志為1，可為所有處于聽者狀態(tài)的下位機接收；數(shù)據(jù)類碼第9位標志為0，只能被指定的下位機接收。

　　通信中，主機發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)可分為針對指定下位機的址令和針對所有下位機的通令。為此，我們規(guī)定地址7FH為通令地址，發(fā)向該地址的命令可為所有下位機接收。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠，均采取應答方式進行通信，下位機接收到主機發(fā)出的數(shù)據(jù)后，立即回送狀態(tài)信息。若超過指定時間仍未收到應答信息，則進行超時報警。本系統(tǒng)中約定用4個字節(jié)分別表示系統(tǒng)的通信和工作狀態(tài)。其中，兩個字節(jié)代表通信狀態(tài)，兩個字節(jié)代表控制器當前工作狀態(tài)，可根據(jù)具體應用進行調(diào)整。這里，采用CRC方式進行數(shù)據(jù)校驗，當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤時，主機采用自動反饋重發(fā)方法進行糾正。

　　圖2　數(shù)據(jù)通信幀格式

　　3.2　基于中斷的通信軟件設計

　　為了保證主處理機進行數(shù)據(jù)處理等工作的時間，通信過程應盡量減小其影響，故在軟件設計時，主要過程均采用中斷驅(qū)動。發(fā)送信息時，只需將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，其后的過程即由中斷接管；同樣，接收過程也完全由中斷管理，使主機在進行其它處理過程中無需任何等待。為適應不同的通信任務，特別是大數(shù)據(jù)量通信的需要，接收及發(fā)送部分均采用了環(huán)形緩沖區(qū)結構。為充分利用硬件資源，主要過程采用匯編語言編寫，采用嵌入式匯編與匯編調(diào)用相結合的方法編寫C語言通信函數(shù)，以實現(xiàn)與高層程序的接口。另外，各主要通信過程均構成獨立的通信函數(shù)，可在任何采用該協(xié)議的通信網(wǎng)絡中使用。圖3所示為其中的串口中斷處理流程。這里，數(shù)據(jù)的發(fā)送及接收均采取逐字節(jié)方式進行，以避免集中占用主機工作時間。

　　采用以上通信協(xié)議和軟件，基于總線型網(wǎng)絡，我們方便地實現(xiàn)了PC機之間以及PC機與智能儀器間的數(shù)據(jù)通信，實驗證明它們具有良好適應性。