一種基于半雙工通信系統的通信控制協議設計
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孫健1由 分享
摘要：在許多控制系統中需要一個高效、簡單、可靠的通信控制協議，用以保證設備將控制信息準確的發往目標設備。由于控制信息數據量小不需要進行雙工通信，因此本文提出的通信控制協議只針對于半雙工通信控制系統。此外本協議具有通用性，可方便的移植到其他半雙工系統。
關鍵詞：控制、通信、協議、半雙工
Abstract:Need in many control systems a efficiently, simple, dependable correspondence control agreement, in order to promise that the equipments will control an information to accurately send to a target equipments.The control information amount of data's ising small doesn't need to carry on a pair of works correspondence, so this text put forward of the correspondence control agreement aim at work correspondence to control system at the half double.In addition this agreement has in general use, can conveniently transplant an other half double work system.
Keyword:Control, communication, negotiate, half double work
當系統中的各個設備通過某種物理鏈路相互聯接起來以后，并不意味著它們之間就能夠立刻進行數據交換了。設備之間要進行通行還需要有通信的規則即通信協議。通信協議通常要規定通信的開始與結束，數據的接受者，所傳送數據的校驗方式以及鏈路的電氣接口參數等。
目前常見的協議有基于以太網的IEEE 802.3協議，基于CAN-BUS總線的CANopen協議等等。這些協議通常都比較成熟，它們或通信速度快、或通信可靠性高或抗干擾能力強，因而得到了廣泛的應用。但是在一些要求比較特殊的場合這些協議就不一定適用了。本文針對于對通信速度要求不高、對價格控制比較嚴格系統，特別是控制系統設計了一種協議。這種協議基于半雙工通信系統，具有通用性。
硬件系統參考模型如：圖1-1：系統是由一個總線控制器與若干個設備之間通過同一通信總線連接。總線控制器與設備，設備與設備之間能進行半雙工通信。
圖 1-1
由于采用的是總線連接方式可以使得系統的成本大大降低，但是由于總線的特點不允許同時有兩個或以上的設備發送數據。因此需要總線控制器對總線的控制權進行分配。
具體的通信過程類似于令牌環網，首先總線控制器會登記在總線上的設備地址，然后按照一定的算法發出某一設備的總線控制允許信號。設備在沒有得到總線控制允許信號時都時處于聽者狀態的，一旦收到屬于自己的總線控制信號后則將數據發送到總線上。設備發送數據時總線控制器處于聽者狀態一旦受到設備數據發送完畢信號立即將下一設備的總線允許控制信號發出，從而將總線控制權交給下一個設備。
在通信系統中通常把要傳輸的信息分成若干個塊來傳送，每個塊加上控制信息成為一幀。同樣在本協議的參考模型中數據的傳送也是以幀為單位的，并且設備在一次總周期中只能發送一幀。本協議采用組幀技術[1]。規定幀的正常開始與結束用二進制串01n0（n取6表示6個連續的1）稱為Flag。當設備接收到6個連續的‘1’時表示一幀的正常開始，再接收到連續的劉個‘1’時表示一幀的正常結束。如設備接收到連續的7個或以上時表示非正常開始或結束。如幀中的數據有連續的6個‘1’時，則在連續的5個‘1’后插入一個‘0’來解決與Flag的沖突。設備在接收到連續的5個‘1’后自動將其后的‘0’刪除，如在其后的時‘1’則表示一幀的結束。
考慮到低速系統采用處理器多為8位數據，且本協議傳送的數據主要為控制信息。規定一幀的長度位32個二進制位，其中高八位與低八位為幀開始與結束的Flag，中間16位為數據位。
如同信數據為控制信息這可規定數據位中高8位為地址數據如出現又連續6個‘1’的情況，則使用數據位中低8位的最高位擴展。數據位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱為C_flag，其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗位。C_Flag的0H與fH保留用于總線控制器。0H用于總線控制權移交，fH用于登記地址。
典型應用：
系統采用圖1-1所示模型，共有三個設備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線控制器發出地址登記命令，如有該地址設備則該設備發出與總線控制器先前發處信號相同信號，總線控制器登記該地址。如總線控制器發出7e003d7eH登記00H設備，受到信號后00H設備也發出7e003d7eH用以登記地址，登記一個設備地址以后總線控制器將按自然數遞增的方法一直登記到最后一個地址。最后一個地址登記的信號為：7efbbd7eH。
登記完地址以后總線控制器只發出登記了地址的設備總線控制允許信號，這樣可以減少浪費的時間。如發出的ffH設備總線控制允許信號應為7efb817eH。
以上介紹了本協議適用的范圍與產生背景，由于具有一定的普遍意義可以很方便的引用到單片及控制系統中。當然在開發中還有較多的注意事項，例如設備失靈時總線控制器的等待只能在一定的時間內，否則的會引起假死狀態。因此本協議的適用可跟據具體的系統做一些適當的補充規定。
參考文獻：
[1]李建東，盛敏編著.通信網絡基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.8
注釋：
①項目基金：貴陽學院2008院級課題。
②作者簡介：孫健（1979-）貴陽學院物理與電子信息科學系講師；貴州大學2006級在讀研究生，主要研究通信與自動控制。
關鍵詞：控制、通信、協議、半雙工
Abstract:Need in many control systems a efficiently, simple, dependable correspondence control agreement, in order to promise that the equipments will control an information to accurately send to a target equipments.The control information amount of data's ising small doesn't need to carry on a pair of works correspondence, so this text put forward of the correspondence control agreement aim at work correspondence to control system at the half double.In addition this agreement has in general use, can conveniently transplant an other half double work system.
Keyword:Control, communication, negotiate, half double work
當系統中的各個設備通過某種物理鏈路相互聯接起來以后，并不意味著它們之間就能夠立刻進行數據交換了。設備之間要進行通行還需要有通信的規則即通信協議。通信協議通常要規定通信的開始與結束，數據的接受者，所傳送數據的校驗方式以及鏈路的電氣接口參數等。
目前常見的協議有基于以太網的IEEE 802.3協議，基于CAN-BUS總線的CANopen協議等等。這些協議通常都比較成熟，它們或通信速度快、或通信可靠性高或抗干擾能力強，因而得到了廣泛的應用。但是在一些要求比較特殊的場合這些協議就不一定適用了。本文針對于對通信速度要求不高、對價格控制比較嚴格系統，特別是控制系統設計了一種協議。這種協議基于半雙工通信系統，具有通用性。
硬件系統參考模型如：圖1-1：系統是由一個總線控制器與若干個設備之間通過同一通信總線連接。總線控制器與設備，設備與設備之間能進行半雙工通信。
圖 1-1
由于采用的是總線連接方式可以使得系統的成本大大降低，但是由于總線的特點不允許同時有兩個或以上的設備發送數據。因此需要總線控制器對總線的控制權進行分配。
具體的通信過程類似于令牌環網，首先總線控制器會登記在總線上的設備地址，然后按照一定的算法發出某一設備的總線控制允許信號。設備在沒有得到總線控制允許信號時都時處于聽者狀態的，一旦收到屬于自己的總線控制信號后則將數據發送到總線上。設備發送數據時總線控制器處于聽者狀態一旦受到設備數據發送完畢信號立即將下一設備的總線允許控制信號發出，從而將總線控制權交給下一個設備。
在通信系統中通常把要傳輸的信息分成若干個塊來傳送，每個塊加上控制信息成為一幀。同樣在本協議的參考模型中數據的傳送也是以幀為單位的，并且設備在一次總周期中只能發送一幀。本協議采用組幀技術[1]。規定幀的正常開始與結束用二進制串01n0（n取6表示6個連續的1）稱為Flag。當設備接收到6個連續的‘1’時表示一幀的正常開始，再接收到連續的劉個‘1’時表示一幀的正常結束。如設備接收到連續的7個或以上時表示非正常開始或結束。如幀中的數據有連續的6個‘1’時，則在連續的5個‘1’后插入一個‘0’來解決與Flag的沖突。設備在接收到連續的5個‘1’后自動將其后的‘0’刪除，如在其后的時‘1’則表示一幀的結束。
考慮到低速系統采用處理器多為8位數據，且本協議傳送的數據主要為控制信息。規定一幀的長度位32個二進制位，其中高八位與低八位為幀開始與結束的Flag，中間16位為數據位。
如同信數據為控制信息這可規定數據位中高8位為地址數據如出現又連續6個‘1’的情況，則使用數據位中低8位的最高位擴展。數據位中低8位的次高位固定為‘0’緊接的4位為控制信息稱為C_flag，其后一位固定為‘0’再后一位為奇校驗位。C_Flag的0H與fH保留用于總線控制器。0H用于總線控制權移交，fH用于登記地址。
典型應用：
系統采用圖1-1所示模型，共有三個設備地址分別為00H、0fH、ffH。首先由總線控制器發出地址登記命令，如有該地址設備則該設備發出與總線控制器先前發處信號相同信號，總線控制器登記該地址。如總線控制器發出7e003d7eH登記00H設備，受到信號后00H設備也發出7e003d7eH用以登記地址，登記一個設備地址以后總線控制器將按自然數遞增的方法一直登記到最后一個地址。最后一個地址登記的信號為：7efbbd7eH。
登記完地址以后總線控制器只發出登記了地址的設備總線控制允許信號，這樣可以減少浪費的時間。如發出的ffH設備總線控制允許信號應為7efb817eH。
以上介紹了本協議適用的范圍與產生背景，由于具有一定的普遍意義可以很方便的引用到單片及控制系統中。當然在開發中還有較多的注意事項，例如設備失靈時總線控制器的等待只能在一定的時間內，否則的會引起假死狀態。因此本協議的適用可跟據具體的系統做一些適當的補充規定。
參考文獻：
[1]李建東，盛敏編著.通信網絡基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.8
注釋：
①項目基金：貴陽學院2008院級課題。
②作者簡介：孫健（1979-）貴陽學院物理與電子信息科學系講師；貴州大學2006級在讀研究生，主要研究通信與自動控制。