基于FPGA的LON网络高速智能节点的设计

　　1 概述

　　LonWorks现场总线(简称LON总线)是美国Echelon公司推出的局部操作网络，为集散式监控系统提供了很强的实现手段，成为当今流行的现场总线技术之一。

　　现在的测控系统中，连接在现场总线网络上的每一个节点，即传感器、变送器、执行器等都不再是单功能的传统仪表，而是具有数据采集、转换、控制、计算、报警、诊断及数字通讯等功能的智能化设备(智能节点)连接在网络上的各种智能现场设备共享总线信道，进行数据和信息交换，相互协调工作组成一个完整的现场总线控制系统。

　　LON总线技术使用开放式的通信协议LonTalk，为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用标准并，在硬件芯片的支持下实现了实时性和接口的直观、简洁的现场总线的应用要求。在LON总线技术中所有节点都包括一个用以实现通信管理、输入、输出和控制等功能的神经元芯片(Neuron Chip)-- LON总线技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，也是数据采集和控制的通用处理器，LON总线技术中所有网络的操作实际上都是通过它来完成的。因此网络中节点的设计是实现LON总线技术的一个关键所在。

　　2 智能节点开发的一般方法

　　智能节点是控制网络中分布在现场级的基本智能单元，主要用于接受和处理来自传感器的输入数据，执行通信和控制任务以及控制执行起操作等。智能节点中的核心技术是LONTALK协议和神经元芯片。智能节点的开发分为两类：一类是利用神经元芯片完成所有的工作(包括通信和用户应用程序)，节点中不再包含其他处理器。这类智能节点成为基于神经元芯片的节点。另一类是只利用神经元芯片完成通信工作，而用户的应用程序由其他的处理器(如微处理器、微控制器或PC机来完成)这种智能节点成为基于主机的节点。

　　(1) 以Neuron 芯片为核心的控制节点

　　图1为以Neuron芯片为核心的控制节点的结构框图。

　　神经元芯片是一组复杂的VLSI器件，通过独特的硬件固件相结合技术，使一个Neuron芯片几乎包含一个现场节点的大部分功能若加上收发器就可以构成一个典型的现场控制节点。

　　此设计方法由于Neuron芯片是8位总线，目前只支持最高主频是10MHz，因此它能完成的功能也十分有限，对于一些复杂的控制如带有PID算法的单回路多回路的控制就显得力不从心。且其片载操作系统基于一种巡检机制,不太适合于实时性很强的控制节点。

图1 以Neuron芯片为核心的控制节点结构

图2 采用MIP结构的控制节点结构

　　(2) 采用MIP结构的控制节点