２＿ Ｍｏ ｂ ｓＴＣＰ通 信 ２ ｄ ｕ／ Ｍｏｄｂ ｓ是 Ｍｏ ｃ ｕ ｄｉｏｎ公 司 最 早 提 出 的
２ Ｅ ｈ ｒ Ａ 与 Ｍ０ ｂ ｓ Ｔ ｔ ｅＣ Ｔ ｄ ｕ ， ＣＰ技 术 原
串 行 链 路 通 信 协 议 ； ｄ ｕ／Ｃ Ｍｏ ｂ ｓ Ｐ协ຫໍສະໝຸດ Baidu议 则 是 Ｔ
ｎｅｌ ｅ ｔＢ ｉ ｉｇ＆Ｃｉ ｆｒ ｔ ｎ ０ ２ Ｎ ．８ ６ ｔｌ ｎ ｕｌ ｎ ｉ ｇ ｄ ｔ Ｉ ｏ ｍａｉ ２ １ ６ ｙｎ ｏ ｏ１ ７ ７
Ｅ 圈 日 总 ｔ 现 ｈ 软 主 ｅ ｒ 件 站 Ｃ Ａ Ｔ 设 备 线 场
—
Ｉ Ｃ— Ａ ｔ Ｎ 协
议转换卡
以在 广 域 网 中使 用 。 目前 Ｍｏ ｂ ｓ Ｃ ｄ ｕ ／ Ｐ协 议 Ｔ 在 以太 网中 的传 输速 度 为 １ Ｍ门０ Ｍ。 ０ ０
６８ 智能建筑与城市信息
理及通信模 式
２ １ ｔｅ ＣＡ 通 信 ． Ｅ ｈ ｒ Ｔ
Ｅｔ Ｃ ＡＴ （Ｅｔ ｎｅｔ Ｏｒ ｈｅｒ ｈｅｒ ｆ ＣＯｎｔ Ｏｌ ｒ
Ａｕｏ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ） 是 德 国 Ｂ ｃ ｈ ｆ ｔ ｍａ ｉ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏｎ ｅ ｋ ｏｆ
已 经难 以满 足 用 户不 断增 长 的 需 求。 基 于 以
识 符 、数 据 长度 以及 Ｍｏ ｂ ｓ协 议 中 的地 址 ｄｕ
域 信 息 （ 验域 由于 以太 网报 文 本 身 已 有校 校 验 功 能 而 略 去 ） 然 后 在 应 用 层 之 外 再 加 上 ； ２ ０字 节 的 Ｔ ＣＰ报 头 ，２ ０字 节 的 ｌ Ｐ报 头 ，２ ６
字 节 的 ＭＡ 帧头 、帧尾 ，１ Ｃ ２字 节 的 以太 网 报 头 、报尾 ，构成完 整的 以太 网报 文 （ 最大报 文长度 为 ３ ８ 节 ， ３ 字 最小报 文长 度为 ８ ７字节 ） 。
迅 速 ，满 足 实 时性 和 安 全 性 要 求。 基 于 精 简
指 令 集 （ ＩＣ ）架 构 的 Ａ Ｍ 微 处 理 器 指 令 ＲＳ Ｒ 执 行 效 率 高 ，外 围 扩 展 电 路 丰 富 ， 能 够 满 足
域 最 大 存 储 量 可 达 ４ 。 数 据 传 输 时 ，报 文 ＧＢ 帧头 中 的命令 读 取 或 写入 数 据 到 报 文指 定 位 置 ； 时 ， 从 站 硬 件 令 该 报 文 的 工 作 计 数 器 同 加 １ ，表 示 该 数 据 被 处 理 。 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅ Ｃ Ｔ报 文 在 单 个 以 太 网帧 中最 多可 以 实 现 １８ ４ ６个 字 节 的分布 式过程 数据 通信 。
３ 协议转换卡的设计与实现
３ １ 硬 件 设 计 ． 硬 件 电路 设 计 主要 涉及 基 于 Ｎ Ｐ公 司 的 Ｘ
Ｌ Ｃ２ ７ Ｐ ４ ８的 ＡＲ Ｍ７最 ， 核 心 系统 、 ｔｅ Ｃ Ｔ Ｊ 、 Ｅｈ ｒ Ａ 接 口 电路 、以太 网 接 口 电路 、Ｃ ＡＮ 接 口 电路 、 Ｒ ４ ５和 Ｒ ２ ２电 路 等 。 Ｌ Ｃ ４ ８是 １ ／２ Ｓ８ Ｓ３ Ｐ ２７ ３ ６ 位 的 ＡＲ Ｔ ＭＩＳ Ｃ Ｕ 内 核 的 控 制 器 ， 拥 Ｍ７ Ｄ — Ｐ 有 ５ ｋ 的 片 内 高 速 Ｆａ ｈ ９ ｋ 的 内 部 １ Ｂ ２ ｌｓ 、 ８ Ｂ Ｓ Ａ ，ＣＰ 时钟 频 率 可 达 ７ ＭＨｚ 非 常 适 Ｒ Ｍ Ｕ ２ ，
合 于通 信 网关 和协 议 转换 器 场 合 。 图 ３即整 个 系统 的框 架 图。
上位机
校 验 域 的长 度 为 两个 字 节 ，采 用 ＣＲ Ｃ一
１ 验。 ６校 Ｍｏ ｂｕ ／ ｄ ｓＴＣＰ协 议 的 应 用 层 采 用
圆
圈
Ｍｏ ｂ ｓ协 议 ；传 输 层 使 用 Ｔ Ｐ协 议 ， 并 ｄ ｕ Ｃ 使 用 ５ ２端 口 ；网 络 层 使 用 Ｉ ０ Ｐ协 议 ， 使 得 Ｍｏ ｂ ｓ Ｃ 既 可 以 在 局 域 网 中 使 用 ， 也 可 ｄ ｕ／ Ｐ Ｔ
８ｌ４ｌ８ｌ ２ ７Ｉ Ｉ ５ ４ 字 数 １ ２ Ｉ０ Ｏ １ １ ２ １ ｌ 节 — １ ２ ４
地 址 域 的 长 度 为 一个 字 节 ，包含 从 站 地 址 。 有 效 地 址 范 围 为 ０ ２ ７ （ 址 ０用 于 广 ～４ 地 播 ） 。从 站 在 自 身 地 址 与 数 据 包 裹 中 的 地 址 匹
太 网 的 通 信 技 术 是 工 业 自 动 化 领 域 的 发 展 方
公 司 开 发 的 一 种 实 时 工 业 以 太 网 现 场 总 线 技 术 。 该 技 术 在 以 太 网 报 文 经 过 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅＣ 丁从
向所 在 ； 与传 统 的现 场 总 线 技 术相 比 ，工 业 以太 网技 术具 有应 用 广泛 、软硬 件 资源 丰 富 、
实 时 多任 务 的要 求。 因此 ，本 文 基 于 ＡＲ Ｍ７ 技 术 ，设 计 了 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅＣ Ｔ与 Ｍｏ ｂ ｓ Ｃ ｄ ｕ ／ Ｐ的 Ｔ
工 业 以 太 网协 议 转 换 卡 ， 以 期 解 决 不 同 现 场 总线 系统 之 间 互通 互 连 的 问题 ，为企 业 实现 异 构 系 统 的 综 合 自动 化 监 控 奠 定 基 础 。
此 后 Ｓ ｈ ｅｄ ｒ 司 基 于 Ｔ ／ ｃ ｎ ｉｅ 公 ＣＰＩ 太 网 推 出 Ｐ以 的 ， 问世 后 迅 速 成 为 了 工 业 自 动 化领 域 的标 准 协 议。
Ｍｏ ｂｕ ｄ ｓ协 议 本 身 基 于 主 从 模 式 ， 即 通
Ｉ Ｐ
Ｍｏ ｂ ｓ Ｃ 以太 网报 文 封 装 如 图 ２所 示 。 ｄ ｕ／ Ｐ Ｔ
连 接等 诸 多优 点 。 目前 ，工业 以太 网 技 术 已
成 为工业应 用领域 中的一个 研究 热点 。
由于 历 史 原 因 ，工 业 过程 控 制领 域 存在 多 种各 具 特 色 的 通信 协 议 ， 目前 主 要 的 工 业
以 太 网 标 准 有 Ｍｏ ｂ ｓ Ｃ 、 Ｅｈ ｒ ｅ／ 、 ｄ ｕ／ Ｐ Ｔ ｔｅ Ｎ ｔ Ｐ Ｉ
实 时 性 强 、 易 于 与 Ｉｔｒｅ 或 工 业 控 制 网 络 ｎｅ ｎ ｔ
站 时 利 用 专 门 的 控 制 芯 片 直 接 提 取 或 插 入 相 应 的编 址 数据 ， 同时将 报 文 传 输 给 下一 个
Ｅｈ ｒ Ａ ｔ ｅＣ Ｔ从 站 ，省 去 了 对 接 收 到 的 以 太 网 报 文 进 行 存 储 、 解 码 、提 取 过 程 数 据 并 复 制 到 各 个 设 备 的 过 程 ， 从 而 大 幅 降 低 了 数 据 任 务
Ｐ ＲＯＦ ＮＥ Ｉ Ｔ、 Ｐ ｗｅ ｌ ｋ ｔ ｅ ＣＡＴ以 及 我 国 ｏ ｒｎ 、Ｅ ｈ ｒ ｉ
处 理 量 。同 时提 高 了 网络 带宽 的利 用 率 ，缩
小 了 通 信 总 线 传 输 的 延 迟 （ 个 过 程 中 报 文 整 只有几 纳秒 的 时延 ） 。 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅ Ｃ Ｔ使 用 标 准 的 以太 网 数 据 报 文 格 式 传 输 ， 无 任 何 数 据 压 缩 ；以 太 网 类 型 使 用 特 定 的 ０ ８ Ａ ，因此其 数据 帧可 以通过任 何 ｘ８ ４ 以 太 网 ＭＡ 发 送 。 Ｅｈ ｒ Ａ Ｃ ｔｅ Ｃ Ｔ数 据 的 报 文 结 构 如 图 １所 示 。 一 个 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅＣ Ｔ帧 中 可 以 包 含 若 干 个 Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅ Ｃ Ｔ报 文 ， 每 个 报 文 都 服 务
ｖ Ａ 码 据 ｌＰ Ｂ 功能 数
Ｔ ＣＰ
应用层
ＴＰ Ｃ 层 Ｉ Ｐ层 Ｄ Ｌ层 Ｐ 层 ｈ
信 双 方 一 方 为 Ｍａ ｔｒ ｓｅ ，～ 方 为 Ｓａ ｅ 双 方 ｌｖ ，
不 能 互 换 角 色 。Ｍｏ ｂ ｓ 议 数 据 由 四部 分 ｄ ｕ 协
组成 。
（１）地 址 域
如 图 ５所 示 。
Ｅ Ｅ ＸＥ Ｎ ＴＴ Ｎ
Ｅ ＴＴ ＮＥ ｘ Ｄ
＿
◆ 时 钟 电路 采 用 １ ＭＨ ２ ｚ的 有 源 晶 振 或 无 源 晶 振 作 为 系 统 主 时 钟 ； 以 通 过 Ｌ Ｃ２ ７ 可 Ｐ ４８ 内 部 的 锁 相 环 电 路 实 现 时 钟 倍 频 功 能 ，使 最
于 一 块 逻 辑 过 程 映 射 区 的 ４ 定 内 存 域 ，该 区 ｔ － ，
的 Ｅ Ａ等 多种 。 工业 过程 信 息化 与 自动 化 要 Ｐ
求使 用这 些 不 同 协 议 的装 备 、传感 器 、仪器
能 够 实现 互 联 ，这 就 需 要 解决 不 同协 议 之 间
信 息 传 送 的 问题 。 协 议 转 换 要 求 能 够 完 整 、 正 确 地 对 不 同 协 议 标 准 的 数 据进 行 解 析 和 封 装 ，同 时 响应
＿ 麟 Ｂ
№
Ｍｏ ｂ ｓＴ ｄ ｕ ／ＣＰ采 用 标 准 以 太 网 报 文 格 式 。 用 户 数 据 首 先 在 应 用 层 封 装 ，该 层 包 括
ＭＢ Ｐ头 、功 能 码 、 数据 部 分 ，其 中 ＭＢ Ｐ Ａ Ａ 头 中包 含 了协 议相 关 的事 务标 识 符 、协 议 标
配 时 ，作 出响应 。
（ ）功 能 码 域 ２
功 能 码 域 的 长 度 为 一 个 字 节 ， 用 于 通 知 从站执 行何 种操 作 。
（３）数 据 域
数 据 域 长 度 不 定 ， 由具体 应 用 决 定 ； 采
用 大端模 式 ，高字 节在前 ，低字 节在 后。
（ 校 验域 ４）
Ｂ
■
基 于 ＡＲＭ 技术 的 Ｅ ｈ ｒ ＡＴ 与 ｔ ｅＣ
Ｍｏ ｂ ｓＴ Ｐ协议转换卡设 计 ｄ ｕ／ Ｃ
文 ｌ 江 中控研 究 院 有 限公 司 黄 岩 峰 张 军 凯 谢 灿 华 金伟 江 朱 练 浙
１ 引言
现 场 总 线 已 经 在 工 业 自 动 化 领 域 获 得 广 泛 应 用 ； 年 来 ， 随 着 工 业 过 程 信 息 技 术 的 近 发展 。传统 的现 场 总 线技 术 在 许 多应 用 场合
提 供 电源 ；
成 。Ｐ Ｙ接 口芯 片采 用 ＤＰ ３ ４ ，可 以 实现 Ｈ ８８ ８
１ ／Ｏ Ｍ 通 信 速 率 ， 同 时 也 支 持 Ｍｌ或 Ｒ Ｉ ０１ Ｏ ｌ ＭＩ 接 口 方 式 ；网 络 变 压 器 则 实 现 电 平 隔 离 和 转 换 。并 通 过 Ｒ ４ Ｊ ５接 口 连 接 上 位 机 或 现 场 总 线 设 备 。 Ｌ Ｃ２ ７ Ｐ ４ ８与 物 理 层 器 件 的 接 口 电 路
］ 二
Ｐ ＹＴ一 Ｈ Ｘ ｛ Ｔ一 Ｘ
高时钟 频率 达到 ７ ＭＨ ２ ｚ；
◆ 看 门 狗 电 路 采 用 专 门 的 硬 件 产 品 ， 以 提 高 系 统 可 靠 ， 若 ＣＰ 在 １６ ｌ ｌ ｔ； Ｕ ．ｓ内 没 有 将 看 门狗清零 ，系统 即复位 ； ◆ Ｊ Ａ 和 ＩＰ接 口 采 用 Ａ Ｍ 公 司 的 标 Ｔ Ｇ Ｓ Ｒ 准边 界扫 描接 口，可将 用户 程序 下载 到 Ｆ ｓ ｌｈ ａ 中编 译 调 试 ； 过 ＩＰ接 口可 实 现 在 系 统 编 程 。 通 Ｓ （ １）Ｅｈ ｒ Ｔ接 口 电 路 ｌｅＣＡ Ｅｈ ｒ Ａ ｔｅＣ Ｔ接 口 电 路 主 要 由 从 站 控 制 芯
２ １ 年 第６ ０２ 期 总第１ ７ ８ 期
如 图 ３所 示 ， 系 统 硬 件 电 路 主 要 由 以 下
几 部分 组成 ：
以 方 便 地 扩 展 以 太 网 接 口 电 路 。 接 口 电 路 主 要 由 外 部 Ｐ Ｙ 接 口 芯 片 、 网 络 变 压 器 等 组 Ｈ
◆ 电源 转 换 部 分 采 用 专 门的 电源 管理 芯 片 将 ＋ Ｖ 电 压 转 换 为 ＋ ．Ｖ （ Ｐ ４ ８ 以 ５ ３３ Ｌ Ｃ２ ７ ＋ ． 供 电 ） 为 ＡＲ ３３ Ｖ ， Ｍ７芯 片 数 字 和 模 拟 部 分