PROFIBUS DP總線I/O設備的開發(fā)研究

總線I/O是現場總線遠程I/O的簡稱，是基于現場總線控制系統(tǒng)FCS中的主要設備，PROFIBUS-DP是總線I/O的主流通信協(xié)議。一個總線I/O設備可能需要多種總線接口，對于設備的開發(fā)人員來講，他們專注于設備功能單元的核心技術，如果讓他們從頭開發(fā)各種通信接口，勢必會分散設備開發(fā)人員的精力，增加開發(fā)成本和開發(fā)周期。

總線I/O的主要功能分為輸入、輸出兩部分。輸入是采集現場模擬信號（如4~20 mA）和開關量信號（如24 V DC）轉換成為數字量并按照通信協(xié)議傳送到現場總線。輸出是將現場總線通信數據轉換成模擬輸出和開關量輸出。PROFIBUS-DP總線I/O設備以從站的形式存在。

本文介紹如何使用XGate-DPS軟件庫設計設備軟件。通過下面的介紹，您可以快速地讓您的設備具有思想，最終成為一個功能完整的設備。

　　1 XGate-DPS軟件庫結構

　　XGate-DPS系列模塊都提供了軟件庫，用戶使用該軟件庫可以快速開發(fā)出設備軟件。圖1是該軟件庫的結構圖，整個軟件架構將XGate-DPS的資源展示給用戶，這些資源包括輸入數據、輸出數據、用戶參數數據、配置數據、診斷數據等等。圖中，灰色背景部分表示需要用戶編程。軟件庫針對8051、ARM平臺做了硬件相關的接口驅動，一般不需要做任何更改，如果使用新的硬件平臺， 用戶需要修改UART驅動。

　　軟件庫自行完成UART數據傳輸控制、命令發(fā)送和接收及相關分析處理，即圖中的XGate數據處理部分；在XGate數據處理的上層，提供了用戶接口函數API,用戶使用這些函數完成對XGate-DPS的操作；一些基于事件的操作，如DP-V1的讀寫和數據傳輸請求，XGate數據處理將通過回調方式獲取應答和處理；用戶應用程序APP可以直接訪問XGate資源，但是，必須使用API來更新這些資源。

　　2 XGate-DPS軟件設計步驟

　　用戶使用該軟件庫對XGate-DPS10的操作其實就是完成回調函數、使用API更新資源、訪問資源數據。整個設計遵循圖2所示的5個步驟，每個步驟需要完成的工作在圖中作了注釋，其中，大多數場合不需要步驟3;在不使用DP-V1的情況下步驟4幾乎也是可以忽略的。

　　3 總線I/O設備的GSD文件

　　GSD文件是設備描述文件，當一個設備確定了其功能和參數后，GSD文件也就確定了。設備的GSD文件一般是通過修改示例GSD文件生成，示例GSD文件中的大部分關鍵字和參數已經確定而不需要修改。本例中修改示例如下：

　　修改的內容一部分是設備的名稱、序列號等信息，另一部分是設備組態(tài)數據和用戶參數數據部分。設備組態(tài)數據指示了設備的輸入輸出大小，決定了通信數據結構，組態(tài)數據的設置可以查看XGate-DPS10數據手冊的附錄；用戶參數數據是為了限定或指示設備數據的范圍或意義的，更詳細的信息請參考《XGate-DPS10數據手冊》。

4 APP設計及回調函數

　　軟件庫提供了demo示例代碼，一個軟件庫基礎操作單元如圖3所示。

　　在使用軟件包前，首先要配置cfg.h頭文件的宏定義，這包括與硬件相關的寄存器、緩沖區(qū)大小、設備屬性等的定義。

　　使用軟件包，用戶沒有必要去考慮如何與模塊通信，也不必了解PROFIBUS技術細節(jié)，只需要關心設備功能的實現及如何組織數據。一個典型的前后臺用戶程序框圖如圖4所示。