??? 摘??要： 設計了一種基于LonWorks總線和嵌入式系統的監控通信網絡。系統采用MSP430單片機作為任務調度和嵌入式系統移植的主處理器，提高了系統運行的實時性和穩定性。DDE服務器實現了數據訪問與交換等網絡通信功能。總線技術與Web網絡相結合，使用戶能夠通過信息網絡監控界面方便地了解現場情況，更便于實現遠程監控、診斷和維護功能。?

??? 關鍵詞： LonWorks現場總線； MSP430單片機；嵌入式系統； 監控系統?

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??? 由于LonWorks現場總線良好的開放性和互操作性，在開發智能通信接口和智能傳感器方面，LonWorks芯片具有獨特的優勢，它已被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統、辦公設備、交通運輸、工業過程控制等行業。本文在LonWorks總線基礎上，設計了基于主機的節點，并且研究了嵌入式系統在主機上的移植，以及通信服務器的設置調試方法，為實際監控節點的應用提供技術指導。?

1 監控節點硬件平臺設計?

??? 基于LonWorks的監控系統設計中，由于Neuron芯片的應用處理器的數據處理能力有限，通用I/O相對較少，在一定程度上限制了LonWorks技術的廣泛應用。采用MSP430單片機作為主處理器，移植μC/OS_Ⅱ嵌入式操作系統到主處理器上，可以在擴展的CPU上運行多個任務，各個任務并行操作，充分利用了CPU的資源。采用μC/OS_Ⅱ操作系統作為整個系統的控制中心，將系統中的各個任務模塊化，提供了靈活的結構，便于進一步開發研究。MSP430單片機與LON總線模塊接口采用串行同步通信模式(SPI)接口,需要置位單片機寄存器SYNC=1。?

??? LonWorks網絡的每個可編程節點可以向其他網絡節點發送信息并對它所接收的信息或事件作出響應。系統的功能包括：遠程主機(客戶)可以通過瀏覽器在線監視底層網絡設備的網絡變量，可以通過用戶界面向底層設備發布命令，實現遠程控制；底層設備的重要物理量可以隨時上傳至遠程主機進行故障報警等^[1]。PCLTA-20網絡適配卡使得網絡節點有聯網和遠程監控功能。監控節點連接如圖1所示。?

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??? μC/OS_Ⅱ操作系統作為整個系統的控制中心，完成系統中各部分功能模塊硬件電路的初始化及任務的管理和調度。首先，操作系統初始化微處理器，保證其正常工作；然后，周期性調用微處理器與LON網絡接口函數任務，實時等待和傳輸數據；接著設置LNS DDE服務器、Windows操作系統中Web服務器屬性，便于連接網絡數據庫服務器。由于數據采集的需要，設置相關數據采集和訪問頁面，實現Internet遠程訪問，確保LON網絡和微處理器之間通信；最后，通過LonMaker對整個過程進行監控。監控系統總體結構如圖2所示。?

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2 嵌入式操作系統模塊?

??? 嵌入式系統的目標硬件平臺主要分為三部分：處理器核心、外圍電路、外部設備μC/OS_Ⅱ系統。每個任務均有一個優先級，μC/OS_Ⅱ根據各個任務的優先級，動態地切換各個任務，保證對實時性的要求^[2]，適合應用在實時性要求較強的場合。?

??? 在MSP430單片機上移植開發工具使用IAR編譯器，而移植的主要工作量又集中在堆棧的操作，即當一個任務退出時保存當前PC指針和當前堆棧內容，并且把下一個任務的PC指針和堆棧內容轉化為當前CPU的運行狀態。?

??? μC/OS_Ⅱ的全部源代碼，共16個文件。移植工作涉及的源文件分為三部分：與處理器無關的代碼部分、設置代碼部分、包括OS_CFG.H和INCLUDES.H兩個頭文件。用戶可以改寫INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。?

??? 最主要的部分是與處理器有關部分的代碼，包括一個頭文件OS_CPU.H、一個C代碼文件OS_CPU_C.C及一個匯編文件OS_CPU_A.ASM^[3]。將其移植到MSP430F149處理器上，需要修改這三個與體系結構相關的文件，代碼量大約是500行。下面分別介紹這三個文件的移植。?

2.1 OS_CPU.H文件?

??? OS_CPU.? H文件中的OS_CPU_GLOBALE和OS_CPU_EXT允許用戶聲明針對本移植的全局變量。由于在MSP430實模式中堆棧都是按字進行操作的[4]，所以IAR編譯器中堆棧數據類型OS_STK聲明為16位，所有的堆棧都必須用OS_STK聲明。需要注意的是：MSP430處理器的堆棧由高地址向低地址方向增長，所以常量OS_STK_GROWTH必須設置為1。?

2.2? OS_CPU_A.ASM文件?

??? 完成μC/OS_Ⅱ的移植需要把OS_CPU_A.ASM修改為OS_CPU_A.S43文件，此文件包括4個函數：OSStartHighRdy( )、OSCtxSw( )、OSIntCtxSw( )、OSTickISR( )。?

??? 函數OSStartHighRdy( )由函數OSStart( )調用，功能是讓進入就緒態的優先級最高的任務運行。首先必須調用函數OSTaskSwHook( )，把OS_CFG.H中的OS_CPU_HOOKS_EN設置為1，這樣OSTaskSwHook( )的代碼才能生效。?

??? 任務級的切換是通過執行中斷指令或依據處理器的不同執行陷阱(TRAP)指令來實現的，中斷服務子程序、陷阱或異常處理的向量地址必須指向OSCtxSw( )。?

??? 函數OSIntCtxSw( )與OSCtxSw( )函數類似，不同的是OSIntCtxSw( )函數所進行的是中斷級的任務切換。?

??? 函數OSTickISR( )是系統時鐘節拍中斷服務函數，是周期性的中斷，為內核提供時鐘節拍，用來設置內核向應用系統提供的最小時間間隔。?

2.3 OS_CPU_C.C文件?

??? OS_CPU_C.C文件中包含10個C語言函數，其中只有函數OSTaskStkInit( )在操作系統中是必要的。OSTask?StkInit( )由任務創建函數調用，用來初始化任務的堆棧結構，使堆棧看起來就像剛剛發生過中斷并將所有的寄存器保存到堆棧中一樣。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務運行起來。它與調用者間有3個參數需要傳遞：任務代碼起始地址(task)、參數指針(pdata)、任務堆棧頂地址(ptos)。?

??? 移植完成之后可以在IAR的C-SPY環境下進行測試。測試時，只需直接打開移植代碼測試項目工程文件msp149final.eww進行測試，其輸出文件為149last.d43。?

3? 網絡的通信服務器LNS DDE?

??? 動態數據交換DDE(Dynamic Data Exchange)是Windows平臺上的一個完整的通信協議。DDE協議可以使用兩類DDE應用程序：第一類是基于消息的DDE，第二類是動態數據交換管理庫應用程序。?

??? 當使用LonMaker工具進行網絡設備配置時，它把配置信息備份于LNS DDE Server中，等安裝完成后，LNS DDE Server中包含了整個網絡的配置圖、所有設備的名稱、設備的網絡變量、配置屬性以及LonMark對象。LNS DDE Server使用存儲在LNS服務器中的名字、地址和時序信息來完成監控任務。通過LNS DDE Server，任何作為DDE客戶的應用程序都能監視和控制一個或更多的LonWorks網絡。在運行DDE服務程序時，要在服務程序中制定計算機名。例如：?

??? =\MYCOMPUTERLNSDDE′MyNet.Subsystem 1.DevNV′!?′MyDev.NV2′。?

??? 讀寫網絡變量時，首先確定主題名是標準格式或者用戶定制格式，然后指定網絡變量項目名(Network Variable Item)，項目名(Item)的形式取決于它在主題名中的組成，按慣例為設備名、網絡變量(NV)名、配置屬性名和消息標簽名^[5]。網絡變量更新程序如下：?

??? Private Sub btnReadSwitch4_Click( )?

??? Dim channel As Long?? ????????? ??//定義通道數據類型?

??? Channel=DDEInitiate(′LNSDDE′, ′LNS DDE Test.HVAC.LMNV′)?????????? ? //發起DDE會話?

??? Sheet1.Range(′E21′)=DDERequest(channel,_′DI- 1.SW-4.?

??????????? Digital.State′) ?????????? ??//請求讀取數字變量?

??????????? DDETerminate (channel)? ???????//終止DDE會話?

??? End sub?

??? 在LonWorks網絡中，采用事件驅動更新或者輪詢方式獲得設備信息交換和查詢。事件驅動更新是沒個特定時間就發送信息或者直到某個規定變量值發生變化才會產生消息發送，而輪詢則是終端設備輪詢變量值某些情況下接收信息受終端設備控制^[6]。在遠程監控網絡中，輪詢是最恰當的監測方案。?

??? 在VB開發環境中，必須設置好的屬性是：LinkTopic、LinkItem和LinkMode^[7]。其中，LinkTopic屬性設置了被請求服務器的名字和會話；LinkItem屬性指定了會話項，也就是網絡變量的名稱及其所在節點；LinkMode指定會話的模式，可選值為：None(無)、Automatic(自動)和Notify(確認)。?

??? 除了控件的這三種屬性外,還有許多函數和方法可用來操作DDE,如Shell函數,LinkPoke、LinkRequest、Link?Execute和LinkSend方法。?

??? 下面具體說明用VB編寫監控程序的方法：?

??? Labell. LinkTopic ='LNSDDE/ NET. Subsystem1. DevNV'?

??? Labell. LinkItem ='Device. Value'?

??? Labell. LinkMode = 1 //得到NET 網上Subsystem1 子網中名為Device 節點的網絡變量Value的值?

??? Label2 = InputBox ＄('Please input the SetValue')?

??? Label2. LinkPoke???????? //改變網絡變量nvoSetValue的值?

??? 本文在LON總線基礎上，通過擴展Neuron芯片的處理能力，在主機上移植μC/OS_Ⅱ嵌入式操作系統，可以在擴展的CPU上運行多個任務，各個任務并行操作，提高了MSP430單片機的性能。DDE服務器與VB監控界面的結合，使得可視化動態的網絡監控系統得以實時運轉。現場總線與Web相結合，提高了系統監控網絡的實時性，這也是科技研究的熱門課題。?

參考文獻?

[1] 馬 莉.智能控制與Lon網絡開發技術[M]. 北京:航空航天大學出版社, 2003：50-211.?

[2] 李玉天. LonWorks網絡的遠程控制技術的研究與應用[D]. 電子科技大學碩士學位論文，2006.?

[3] 鄧燕妮,潘寧. μC/OS_Ⅱ在LonWorks網絡節點的移植研究[J].計算機技術與發展,2006,16(10)：243-245.?

[4] 秦龍. MSP430單片機應用系統開發典型實例[M].北京:中國電力出版社, 2005:43-69.?

[5] HUR S H, KIM D． Building automation system via?Lonworks and Linux based personal computer[J].Automation in Construction,2006,15(4):522-530.?

[6] Echelon Corporation. LNS DDE server user’s guide.Echelon,2001:15-70.?

[7] LABROSSE J. μC/OS_Ⅱ源碼公開的實時嵌人式操作系統[M].邵貝貝譯.北京:中國電力出版社，2003.