全數(shù)字式數(shù)控總線應(yīng)用層通用化設(shè)計(jì)

　　基本數(shù)據(jù)類型包括位元型、字符型、整型、浮點(diǎn)型、串型、布爾型、枚舉型、結(jié)構(gòu)體等。其中整型分為有符號(hào)整型和無符號(hào)整型，都可以使用8位、16位、32位、64位等多種方式進(jìn)行存儲(chǔ)，如INT8(8位整數(shù))、UINT8(8位無符號(hào)整數(shù))、INTl6(16位整數(shù))、UINTl6(16位無符號(hào)整數(shù))、INT32(32位整數(shù))、UINT32(32位無符號(hào)整數(shù))、INT64(64位整數(shù))、UINT64(64位無符號(hào)整數(shù))等。

　　對(duì)象字典包括服務(wù)對(duì)象字典和協(xié)議對(duì)象字典。對(duì)象字典為應(yīng)用接口子層服務(wù)及協(xié)議數(shù)據(jù)提供對(duì)應(yīng)的具體總線應(yīng)用層服務(wù)及協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的解釋和定義。

　　(2)協(xié)議接口子層：通過服務(wù)映射管理機(jī)制將應(yīng)用接口子層提供的服務(wù)映射到具體總線的應(yīng)用層服務(wù)，如M3應(yīng)用層服務(wù)、EtherCAT應(yīng)用層服務(wù)、NCSF應(yīng)用層服務(wù)等。并將統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)映射成具體總線的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)。然后根據(jù)總線類型選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)用戶程序與數(shù)據(jù)鏈路層之問的數(shù)據(jù)交互。此外，還要維護(hù)站點(diǎn)地址的管理，邏輯地址和物理地址的映射等。

　　服務(wù)解釋器、服務(wù)映射管理及協(xié)議映射管理通過站點(diǎn)的邏輯地址判斷總線類型，查詢對(duì)象字典，完成應(yīng)用接口子層的服務(wù)協(xié)議到具體總線應(yīng)用層的服務(wù)協(xié)議之間的解釋和映射。

　　2.2 應(yīng)用層通信模型

　　應(yīng)用接口子層主要包括應(yīng)用接口子層服務(wù)、協(xié)議數(shù)據(jù)及對(duì)象字典；協(xié)議接口子層主要包括服務(wù)映射管理、地址管理及協(xié)議映射管理，用以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)到具體總線應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具體總線應(yīng)用層調(diào)用對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)，完成數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用層的通信模型如圖4所示。

圖4應(yīng)用層通信模型

　　2.3 應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)

　　應(yīng)用層在不同時(shí)刻可處于不同的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用層的操作可觸發(fā)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，在不同的狀態(tài)下可提供不同的服務(wù)及操作。狀態(tài)機(jī)包括初始狀態(tài)、就緒狀態(tài)、異步連接狀態(tài)、同步連接狀態(tài)、連接釋放狀態(tài)、錯(cuò)誤狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)。狀態(tài)問的轉(zhuǎn)換如圖5所示。

　　狀態(tài)說明：S0：初始狀態(tài)，設(shè)備裝置上電后站點(diǎn)的應(yīng)用層初始狀態(tài)；S1：就緒狀態(tài)，站點(diǎn)初始化成功后等待建立連接的狀態(tài)；S2：異步連接狀態(tài)，在該狀態(tài)下可以提供異步傳輸服務(wù)；s3：同步連接狀態(tài)，在該狀態(tài)下既可以提供同步傳輸服務(wù)也可以提供異步傳輸服務(wù)；S4：連接釋放狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后連接斷開所進(jìn)入的狀態(tài)；S5：錯(cuò)誤狀態(tài)，運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的狀態(tài)，在該狀態(tài)下不能提供傳輸服務(wù)；S6：結(jié)束狀態(tài)，服務(wù)關(guān)閉等待設(shè)備裝置下電的狀態(tài)。

　　操作說明：11D：執(zhí)行初始化服務(wù)(無異常)；T1：執(zhí)行初始化服務(wù)(異常)；他：執(zhí)行異步連接服務(wù)(無異常)；T3：執(zhí)行同步連接服務(wù)(無異常)；T4：執(zhí)行連接服務(wù)(異常)；T5：執(zhí)行同步／異步轉(zhuǎn)換服務(wù)(無異常)；T6：執(zhí)行釋放連接服務(wù)(無異常)；”：發(fā)生異步傳輸錯(cuò)誤；T8：發(fā)生同步錯(cuò)誤；四：執(zhí)行釋放連接服務(wù)(異常)；T10：執(zhí)行結(jié)束處理；T11：執(zhí)行恢復(fù)操作；T12：執(zhí)行錯(cuò)誤處理。

3 關(guān)鍵性技術(shù)及其解決方案

　　協(xié)議接口子層及應(yīng)用接口子層的實(shí)現(xiàn)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要解決以下幾個(gè)主要問題：總線站點(diǎn)地址的一致性；應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)格式的一致性；參數(shù)單位的一致性；總線配置結(jié)構(gòu)的一致性和服務(wù)接口的一致性。下面對(duì)這幾個(gè)問題進(jìn)行分析，并給出詳細(xì)的解決方案。

　　3.1 統(tǒng)一的站點(diǎn)地址設(shè)計(jì)

　　各個(gè)總線的站點(diǎn)地址不同，如M3站點(diǎn)的物理地址為16位，EtherCAT站點(diǎn)的物理地址為48位。為使各總線有統(tǒng)一的站點(diǎn)地址，系統(tǒng)對(duì)站點(diǎn)設(shè)備采用統(tǒng)一編址。所有現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)都有統(tǒng)一的邏輯地址。每個(gè)總線上的站點(diǎn)都可以使用統(tǒng)一的邏輯地址進(jìn)行通信。統(tǒng)一的站點(diǎn)邏輯地址格式如圖6所示。

圖6統(tǒng)一的站點(diǎn)邏輯地址

　　邏輯地址為32位，其首8位用來標(biāo)識(shí)總線類型。如M3、NCSF、EtherCAT總線等；次8位用來標(biāo)識(shí)設(shè)備類型，如標(biāo)準(zhǔn)伺服、高分辨率伺服、多軸伺服、主軸、I／O設(shè)備、傳感器、變頻器等；后16位用來標(biāo)識(shí)站點(diǎn)。其中OxOOXXXXXX用來表示主站的邏輯地址。

　　為了兼顧各總線的物理地址的不同。物理地址設(shè)為48位，用來存放各總線站點(diǎn)的物理地址。當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層用到物理地址時(shí)．對(duì)其進(jìn)行截取變換成相應(yīng)總線站點(diǎn)的物理地址。系統(tǒng)維護(hù)站點(diǎn)邏輯地址和物理地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　3.2 統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)格式

　　不同總線的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)格式差別較大，在此，定義一種統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文格式。當(dāng)向底層傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生協(xié)議映射時(shí)。只需將其映射為具體總線的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)格式。當(dāng)?shù)讓佑袛?shù)據(jù)上傳時(shí)，只需將具體總線的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文封裝成統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文。如圖7所示。目的標(biāo)識(shí)代表了接收站點(diǎn)的邏輯地址，源標(biāo)識(shí)代表了發(fā)送站點(diǎn)的邏輯地址。長(zhǎng)度代表了有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)。A／S用于標(biāo)識(shí)同步(A／S=1)或異步(A／S=0)。C／R用于標(biāo)識(shí)命令(C／R=1)或應(yīng)答(C／R=0)。