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现场总线LonWorks现场总线的原理和发展概况★现场总线的本质含义—现场通信网络—现场设备互联—互操作性—分散功能块—通信线供电—开放式互联网络现场总线的原理和发展概况◆现场总线系统组成—从物理结构来看，现场总线系统有两个主要组成部分：现场设备和传输介质，其中现场设备由现场微处理芯片及外围电路构成，传输介质可以使用双绞线、同轴电缆、光纤等—现场总线的拓扑结构有很多种，如总线型、环型、树型、星型等现场总线的原理和发展概况•现场总线的结构◆现场总线网络结构是按照OSI参考模型建立的，OSI参考模型共分7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表达层和应用层，现场总线将上述7层简化为3层，分别由OSI参考模式的第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层组成，并增加了用户层现场总线的原理和发展概况•现场总线的特点和优点◆技术特点—系统的开放性—互操作性和互用性—系统结构的高度分散性—对现场环境的适应性—一对N结构—可控状态—互换性—综合功能—统一组态现场总线的原理和发展概况◆优点—节省硬件数量与投资—节省安装费用—节省维护开销—用户具有高度的系统集成主动权LonWorks技术概述（1）是通用测控总线网（2）同时应用在SensorBus、DeviceBus、FieldBus等任何一层总线中。（3）ISO的OSI七层协议上实现。（4）神经元芯片（Neuron)和LonTalk协议是LonWorks技术的核心。（5）LON网中可有3~30000个节点或更多。SensorBusDeviceBusFieldBus逻辑控制过程控制控制类型设备类型简单设备bit中级设备Byte复杂设备Frame典型LonWorks节点基本组成传感器和控制设备收发器I/O口网络通信端口Neuron芯片电源网络晶振LonTalk协议智能控制器（节点）传感器执行器显示操作接口节点LONLON网采用分布式控制技术开放式控制网络1LonWorks技术概述1.1Neuron芯片（1）Echelon公司设计了Neuron芯片。（2）Neuron芯片其实是一种嵌入式系统。（3）Neuron芯片魄力：完整性（内置通讯协议与处理器）（4）提供最初的6个协议层，只有应用层的编程和配置需要给定，简化了开发。（5）Cypress、Motorola、Toshiba都生产Neruon芯片，价格很低。1.2LonTalk协议LonTalk协议遵循ISO定义(OSI)模型，并提供了OSI所定义的全部7层服务。它的特点：(1)支持双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。（2）可以运行在任何主处理器(HostProcessor)上（3）LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体。（4）LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型。（5）LonTalk寻址体系（分级：域、子网、节点）OSI层目的提供的服务7应用层应用兼容性LonMark对象，配置特性标准网络变量类型，文件传输6表示层数据翻译网络变量，应用消息，外来帧传输5会话层远程操作请求／响应，鉴别，网络管理，网络接口4传输层端端的可靠传输应答消息，非应答消息，双重检查，通用排序3网络层传输分组点对点寻址，多点之间广播式寻址，路由消息2链路层LLC子层帧结构帧结构，数据解码，CRC错误检查MAC子层介质访问P-坚持CSMA，冲突避免，优先级，冲突检测1物理层电气连接介质，电气接口。与介质有关的接口和调制方案（双绞线、电力线、无线射频、同轴电缆、红外线、光缆等）应用层陈述层会话层传输层授权传输控制子层网络层链接层MAC子层物理层2层:1层:3层:4层:5层:6层:多媒体传输Lontalk协议Neuron芯片7层:网络变量SNVTNon-Lonwork应用层LonMarkProfilesOSI层定义LonTalk的通信协议LonTalk寻址体系域子网1子网255……….节点1节点2….节点127节点1节点2….节点127三层：域、子网、节点网络地址可以有3层结构：域（Domain）、子网（Subnet）和节点（Node）第1层结构是域。域是一个或多个信道上节点的逻辑集合，通信只能在配置为相同域的节点之间进行，因此一个域便形成一个虚拟网络。第2层结构是子网。每一个域最多有255个子网。一个子网是一个域内节点的逻辑集合。一个子网最多可以包括127个节点。第3层结构是节点。子网内每一个节点被赋予一个在该子网内惟一的节点号。该节点号为7位，因此，一个域内最多可有：255×127=32385个节点。1.3LonWorks产品（1）收发器每一个网络设备都有一个收发器。收发器在一个LonWorks设备与LonWorks网络之间提供了一个物理通讯接口。不同通信媒介之间用路由器相连。收发器类型收发器类型数据速率EIA-232型39kbps自由或总线拓扑的双绞线型78kbps带变压器的双绞线型78kbps带变压器的双绞线型1.25Mbps电力线型2kbps电力线型5kbps电力线型10kbps射频型300MHz1.2kbps射频型300MHz4.8kbps射频型300MHz9.6kbps红外型78kbps光纤型1.25Mbps同轴电缆型1.25kbps（2）LonWorks设备组成（3）路由器LonWorks是唯一支持多种传输介质的系统，它允许开发者选择那些最能满足他们的要求的传输介质和通讯方法。（介质转换）路由器是一个特殊的节点，由两个Neuron芯片组成，用来连接不同通讯媒介的LON网络。路由器能够控制网络流量，增加网络的吞吐量和网络速度。（交通控制）2神经元芯片硬件结构2.1Neuron芯片内部结构及管脚配置Neuron芯片在一个芯片上集成了多个处理器，并有RAM、ROM、通讯和输入输出设备。在只读存储器里储存了操作系统、LonTalk协议以及输入输出工作方式库。这一芯片对于从LonWorks网络上下载的应用程序和配置数据来说是一个不可变的存储器。每一个Neuron芯片都被赋予了一个独一无二的48位代码，称作NeuronID。2.1.1Neuron芯片内部结构Neuron芯片包括3个8位的CPU。CPU-1:是媒体访问CPU，主要处理LonTalk7层协议栈中第一和第二层。CPU-2:网络处理CPU，实现LonTalk协议栈的3-6层。处理网络变量、寻址、事务处理、权限认证、背景诊断、软件定时器和网络管理。CPU-3:是应用CPU。它运行用户编写的代码和应用代码调用的操作系统命令。编程语言是NeuronC。