基于KSZ8873的雙網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設計

作者：魯錦鋒何照安周洪偉張磊時間：2015-11-09 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：本文基于Micrel公司推出的3端口10/100M交換芯片KSZ8873，充分利用其價格低廉、配置方便、應用多樣等特點，結(jié)合PIC32系列單片機，提出并設計出一種RS485/RS232接口轉(zhuǎn)雙網(wǎng)口的模塊，并且軟件實現(xiàn)了將Modbus-RTU協(xié)議與Modbus-TCP、IEC104協(xié)議的轉(zhuǎn)換。該模塊成功應用于光伏并網(wǎng)逆變器中，雙網(wǎng)口設計在組網(wǎng)時采用菊花鏈方式，可節(jié)省了布線成本50%以上，同時還具有性能穩(wěn)定、獨立性強、維護方便等優(yōu)點。

2 軟件設計

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/281884.htm

2.1 軟件架構(gòu)

　　軟件按照分層思路設計，有驅(qū)動層、適配層和應用層。如圖2所示。

　　驅(qū)動層主要完成與硬件相關的寄存器配置，從硬件寄存器接收數(shù)據(jù)，傳入適配層，或從適配層接收數(shù)據(jù)，傳給硬件寄存器。

　　適配層隔離了應用層和驅(qū)動層的耦合，實現(xiàn)Modbus-RTU協(xié)議、Modbus-TCP[3]和IEC104協(xié)議的解析，根據(jù)不同協(xié)議從應用層獲取相關數(shù)據(jù)，進行格式組幀后，傳入驅(qū)動層發(fā)送，或者從驅(qū)動層獲取數(shù)據(jù)幀，按照不同協(xié)議解析出有效數(shù)據(jù)，傳入應用層。

　　應用層主要完成數(shù)據(jù)存儲和映射功能，把來自于不同協(xié)議的數(shù)據(jù)進行綜合，按照一定格式進行存儲，并實時刷新。

2.2 軟件流程

基于KSZ8873-3.jpg

　　軟件流程如圖3所示。進入主函數(shù)后依次進行MCU、驅(qū)動層、適配層和應用層的初始化工作，再進入主循環(huán)，主循環(huán)共包括3個子任務，RS232子任務、RS485子任務和網(wǎng)口子任務。每個子任務主要完成從驅(qū)動層接收并解析數(shù)據(jù)幀，傳入應用層;或者從應用層獲取實時數(shù)據(jù)，按照協(xié)議進行組幀后，傳入驅(qū)動層發(fā)送。

　　為了提高軟件執(zhí)行效率和可靠性，采用時分方式進行子任務調(diào)度，調(diào)度時間間隔為10ms。系統(tǒng)使用1ms的時鐘節(jié)拍工作，進入主循環(huán)前時間計數(shù)器t清零，第10ms調(diào)用RS232子任務，第20ms調(diào)用RS485子任務，第30ms調(diào)用網(wǎng)口子任務，并清零時間計數(shù)器t。

3 組網(wǎng)模式

　　菊花鏈式的組網(wǎng)模式可以替代原有RS485總線。再增加一條網(wǎng)線，可以實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)，起到冗余作用，提高網(wǎng)絡的可靠性^[5]。如圖4所示。虛線表示增加的網(wǎng)線。

基于KSZ8873-5.jpg

4 結(jié)束語

　　本文介紹了一種基于KSZ8873芯片的雙網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)RS485/RS232總線與網(wǎng)口的物理層轉(zhuǎn)換，再通過軟件實現(xiàn)不同總線上不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換。使用該模塊既可以替代現(xiàn)有RS485總線，也可以在新建系統(tǒng)時實現(xiàn)設備網(wǎng)絡化工作，并且能夠快速實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)，使得網(wǎng)絡更加可靠，低成本和靈活配置也是其主要特點。

參考文獻：

　　[1]KSZ8873 Datesheet[M].Micrel,INC,2009

　　[2]RMII Specification[M].National,INC,1998

　　[3]Modicon Modbus Protocol [M],ABB,INC,2002

　　[4]PIC32M5XX/6XX/7XX Datesheet[M].Microchip Technology INC,2009

　　[5]王浩, 彭川虎, 王平, 等. 用于數(shù)字化變電站的嵌入式環(huán)網(wǎng)模塊設計[J].電測與儀表,2012,49(12):86-91