基于1394總線通信的I/O模塊在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3.2中轉(zhuǎn)時(shí)延測(cè)試分析

　　TSIM3AA82是一種雙端口1394芯片，因此可以將多個(gè)I/O模塊串聯(lián)，如圖5所示。模塊1最后上電，并進(jìn)行總線復(fù)位，強(qiáng)制自己為根節(jié)點(diǎn)。模塊1的節(jié)點(diǎn)號(hào)為0，模塊2、3、4節(jié)點(diǎn)號(hào)相應(yīng)為1、2、3。

圖5 中轉(zhuǎn)時(shí)延測(cè)試結(jié)構(gòu)圖

　　寄存器Ping_Timer記錄了Ping包從發(fā)出到收回的時(shí)間，每次40 as?，F(xiàn)在從O節(jié)點(diǎn)分別向1、2、3節(jié)點(diǎn)發(fā)送Ping包，共測(cè)試20次。0節(jié)點(diǎn)到l節(jié)點(diǎn)的Ping_Timer值穩(wěn)定為14；0節(jié)點(diǎn)到2節(jié)點(diǎn)的Ping_Timer值為19共14次，值為20共6次；0節(jié)點(diǎn)到3節(jié)點(diǎn)的Ping_Timer值為24共12次，值為25共8次，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

　　0到1節(jié)點(diǎn)不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)，僅僅是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。0節(jié)點(diǎn)到2節(jié)點(diǎn)的傳輸增加了1節(jié)點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。0節(jié)點(diǎn)到3節(jié)點(diǎn)的傳輸增加了1節(jié)點(diǎn)兩次轉(zhuǎn)發(fā)及2節(jié)點(diǎn)兩次轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間。

　　按照以上分析，采用代數(shù)平均數(shù)算法，可計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間為108.7 as。而TSB43AA82芯片的PHY Internal Registers中的delay字段定義了中轉(zhuǎn)時(shí)延的最大值，即從數(shù)據(jù)的第1位接收到數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)所需要的最大時(shí)間，為144+(delay×20)as，其中TSB43AA82中delay為0。故最壞情況下轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的延遲為144 ns。所測(cè)得的中轉(zhuǎn)時(shí)延為108.7 n8在144 ns以內(nèi)，與理論值完全符合。

　　3.3 多節(jié)點(diǎn)的伺服同步

　　一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有多個(gè)伺服單元，這些伺服單元可以通過(guò)各自的I/O模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信。高檔數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于各個(gè)伺服單元之間的伺服周期同步有較高的要求。

　可以利用上位機(jī)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送1394廣播包作為同步信號(hào)，各節(jié)點(diǎn)收到廣播包后開(kāi)始執(zhí)行新得到的插補(bǔ)命令，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)伺服節(jié)點(diǎn)同時(shí)執(zhí)行同一插補(bǔ)周期的數(shù)據(jù)。根據(jù)1394網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及1394傳輸協(xié)議可知，數(shù)據(jù)的傳輸是經(jīng)過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，所以在邏輯位置上距離上位機(jī)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)收到廣播包比其他節(jié)點(diǎn)要晚，導(dǎo)致同步信號(hào)不夠準(zhǔn)確。

　　針對(duì)這一情況，可以利用3．2節(jié)所測(cè)節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)時(shí)延，人為地補(bǔ)足這個(gè)時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)更高精度的同步。由于采用的TSB43AA82是雙端口1394芯片，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，呈線性，一般上位機(jī)強(qiáng)制為根節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號(hào)為0。假設(shè)整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)共有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，則邏輯位置上距離上位機(jī)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)為m-1?？梢跃幊炭刂乒?jié)點(diǎn)號(hào)為i的節(jié)點(diǎn)在收到廣播包后延時(shí)(m-1-i)×108.7 as，之后執(zhí)行插補(bǔ)命令，從而實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間真正的伺服同步。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)的基于IEEE 1394通信的I/O模塊經(jīng)測(cè)試完全滿足高檔數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。根據(jù)3．2節(jié)中轉(zhuǎn)時(shí)延的測(cè)試結(jié)果，可以利用1394廣播包來(lái)同步多個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊。另外該模塊利用光耦芯片與外界環(huán)境隔離，能夠有效預(yù)防干擾。除數(shù)控系統(tǒng)外，該模塊還可廣泛應(yīng)用于很多其他場(chǎng)合，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及高速數(shù)據(jù)傳輸。