S P R Z 
T
Sieci o inteligencji rozproszonej -
LonWorks, część 2
SieĘ o inteligencji rozproszonej nie mog- Konstruktorzy mikrokontrolera zwrÛci-
Sieci inteligentne mogÄ…
Å‚aby istnieĘ, gdyby nie byÅ‚o na rynku Å‚atwo li szczegÛlnÄ… uwagÍ na:
funkcjonowaĘ dziÍki zastosowaniu
dostÍpnych podzespoÅ‚Ûw sterujÄ…cych. Mik- - Å‚atwośĘ realizacji rozproszonej sieci
niemal we wszystkich wÍzÅ‚ach
rokontrolery Motoroli MC143150 (NEURON czujnikÛw i aktywatorÛw,
aktywnych ukÅ‚adÛw wyposaÅ‚onych
3150) i MC143120 (NEURON 3120) są spe- - elastycznośĘ rekonfiguracji sieci po jej
w zaawansowane, specjalizowane
cjalizowanymi układami VLSI, pozwalający- zainstalowaniu,
mikrokontrolery.
mi na tworzenie tanich elementÛw takich - zarzÄ…dzanie przepÅ‚ywem informacji
W tej czÍÅ›ci artykuÅ‚u
wÅ‚aÅ›niesieci. DziÍki unikalnemu poÅ‚Ä…czeniu w sieci,
przedstawimy opracowane przez rozwiÄ…zaÒ sprzÍtowych i wbudowanego - ìobiektoweî Å›rodowisko uruchomienio-
oprogramowania (firmware) wszystkie klu- we oparte na jÍzykach wysokiego po-
MotorolÍ procesory serii Neuron,
czowefunkcjesłułące dorealizowania ukła- ziomu (NEURON-C).
ktÛre powstaÅ‚y specjalnie z myÅ›lÄ…
dÛw czujnikÛw i aktywatorÛw, a takÅ‚e roz- Mikroprocesor MC143150 (rys. 5) zo-
o sieci LonWorks.
wiązania pozwalające na propagowanie in- stał zaprojektowany z myślą o aplikacjach
formacji w sieci zostaÅ‚y z punktu widzenia wymagajÄ…cych duÅ‚ych pamiÍci programu
ułytkownika/projektanta uproszczone do - magistraleadresowai danych wrazz syg-
minimum. nałami sterującymi zostały wyprowadzo-
ne na zewnątrz, umołliwiając rozszerze-
Tabela 1. Podstawowe parametry techniczne procesorów rodziny NEURON.
nie mołliwości układu o bardziej skom-
Oznaczenie Technologia Pamięć RAM [B] EEPROM [B] Zegar (MHz) Czas dostÄ™pu do pamiÄ™ci (ns) plikowanÄ… aplikacjÍ. Z 64k zewnÍtrznej
przestrzeni adresowej pozostawiono ułyt-
MC143150B1FU 0,8µ 2K 512 10 130
kownikowi 42k na potrzeby jego progra-
TMPN3150B1F 0,8µ 2K 512 10 130
mu. UkÅ‚ad ten nie posiada Å‚adnej pamiÍci
MC143150FU 1,2µ 2K 512 10 90-105
typu ROM.
MC143150FU1 1,2µ 2K 512 5 200
ProtokÛÅ‚ komunikacyjny, system ope-
MC143120B1DW 0,8µ 1K 512 10 -
racyjny, kody obiektowe preprogramo-
walnych urzÄ…dzeÒ we/wy sÄ… dostarczane
TMPN3120B1M 0,8µ 1K 512 10 -
przez system uruchomieniowy LonBuilder
MC143120E2DW 0,8µ 2K 2k 10 -
(NodeBuilder) - zapisywane w niedostÍp-
TMPN3120E1M 0,8µ 1K 1k 10 -
nej dla uÅ‚ytkownika czÍÅ›ci zewnÍtrznej
MC143120DW 1,2µ 1K 512 10 -
pamiÍci ROM (flash, itp.).
Oba procesory NEURON sÄ… dostÍpne
w kilku wersjach (tab. 1).
Producenci zapewniajÄ…, Å‚e mikrokon-
trolery mogą pracowaĘ z pełną katalogo-
wą szybkością w temperaturach od -40oC
do +85oC, z gwarancją prawidłowego za-
pisu do wewnÍtrznego EEPROM-u! Jedy-
nym wyjÄ…tkiem jest model MC143150FU
pracujÄ…cy od -20oC do +85oC. Wszystkie
wymienione tu wersje pracujÄ… przy na-
piÍciu zasilania 4,5..5,5V (aczkolwiek
trwajÄ… prace nad przystosowaniem proce-
sorÛw do pracy przy napiÍciu zasilajÄ…cym
3V).
Kałdy procesor rodziny NEURON ma
11 wyprowadzeÒ uniwersalnego interfejsu
we/wy sterowanego przy pomocy wbudo-
wanego oprogramowania firmowego, umoł-
Rys. 4. Schemat ideowy procesora NEURON MC143120.
liwiajÄ…cego sterowanie silnikami, zawora-
mi, wyświetlaczami, przetwornikami A/D,
czujnikami ciśnienia, termistorami, prze-
Å‚Ä…cznikami, przekaünikami, triakami, in-
nymi mikrokontrolerami, modemami itp.
Kałdy NEURON de facto zawiera
w strukturze trzy procesory (architektura
wieloprocesorowa), z ktÛrych dwa zajmu-
jÄ… siÍ jedynie obsÅ‚ugÄ… Å‚Ä…cza - czyli sta-
nowią blok łączności zapewniający trans-
misjÍ danych poprzez sieĘ od wÍzÅ‚a do
wÍzÅ‚a.
Mikrokontrolery te pozwalajÄ… na szyb-
kie wprowadzanie nowych rozwiÄ…zaÒ
i urzÄ…dzeÒ wspÛÅ‚pracujÄ…cych z uniwersal-
nÄ… sieciÄ… o inteligencji rozproszonej, ta-
kich jak: proste czujniki, układy wyko-
nawcze, urzÄ…dzenia pomiarowe, automaty
Rys. 5. Schemat ideowy procesora NEURON MC143150.
Elektronika Praktyczna 1/98
91
S P R Z 
T
Rys. 6. Typowy schemat blokowy węzła sieci.
przemysłowe, układy nadzoru linii pro- wiednimi transcei-
dukcyjnej, sprzÍt kontrolny (diagnostycz- verami (ukÅ‚adami
ny), układy kontroli i sterowania poziomu
do łączności siecio- Rys. 7. Procesory NEURONowe w sieci LonWorks.
zułycia energii elektrycznej, oświetlenie,
wej), jak i przepro-
automatyka budynkÛw, systemy zabezpie- wadzanie algorytmu kontroli kolizji. Pro- diagnostykÄ…, programowymi timerami,
czeÒ(security),systemyakwizycji danych,
cesor MAC komunikuje siÍ z procesorem kontrolÄ… dziaÅ‚ania funkcji sieciowych, lo-
urzÄ…dzenia z dziedziny robotyki, drobna
sieciowym za pomocÄ… buforÛw sieciowych gikÄ… poÅ‚Ä…czeÒ. Komunikuje siÍ on z pro-
elektronika w sprzÍcie domowym (AGD).
znajdujÄ…cych siÍ we wspÛlnej pamiÍci. cesorem 1 poprzez bufory sieciowe,
Procesor z serii NEURON jest w stanie
Procesor sieciowy (ang. network proces- a z procesorem aplikacji poprzez bufory
nadawaĘ i odbieraĘ dane zarÛwno za po- sor) obejmuje zakresem ìobowiÄ…zkÛwî aplikacji zawarte we wspÛlnym obszarze
mocÄ… 5-pinowego Å‚Ä…cza komunikacyjne- poziomy od 3 do 6 sieci (wg OSI). Zajmuje pamiÍci. DostÍp do buforÛw jest nadzo-
go, jak i za pomocÄ… 11-pinowego uniwer- siÍonobsÅ‚ugÄ…zmiennychsieciowych(ang. rowany sprzÍtowo w celu unikniÍcia nie-
salnego portu we/wy.
network variables), adresowaniem, kont- prawidÅ‚owych odwoÅ‚aÒ.
Technologia LonWorks stanowi kom- rolą przepływu informacji, badaniem Procesor aplikacji ułytkownika wyko-
pletnÄ… platformÍ do realizacji sieci kon- zgodnoÅ›ci danych (ang. authentication), nuje program napisany przez uÅ‚ytkowni-
trolno-sterujÄ…cej. SieĘ taka zawiera w wÍz-
Å‚ach ìinteligentneî urzÄ…dzenia, ktÛre
wspÛÅ‚pracujÄ… z otoczeniem, komunikujÄ…c
siÍ miÍdzy sobÄ… poprzez caÅ‚Ä… gamÍ do-
stÍpnych mediÛw, stosujÄ…c do tego zuni-
fikowany protokÛÅ‚ oparty na krÛtkich
przekazach.
Technologia ta zapewnia wszystkie ele-
menty niezbÍdne do projektowania, pro-
dukowania oraz nadzoru sieci o inteligen-
cji rozproszonej:
! procesory MC143150 i MC143120;
! sprawdzony protokÛÅ‚ komunikacyjny;
Rys. 8. Organizacja pamięci wspólnej procesorów.
! transceivery typu LonWorks (do wspÛÅ‚-
pracy z Å‚Ä…czem sieciowym procesora
Cechy charakterystyczne procesorów NEURON.
NEURON i protokołem komunikacyj-
nym LonTalk);
Zintegrowane trzy 8-bitowe procesory możliwość wyboru następujących częstotliwości pracy:
! system uruchomieniowy LonBuilder
625kHz,
i NodeBuilder. (pipelined) 1,25MHz, 2,5MHz, 5MHz, 10MHz (20MHz w przyszłości)
Układ Motoroli serii MC1431XX jest Pamięć wewnętrzna 2Kb SRAM (MC143150 i MC143120E2)
1Kb SRAM (MC143120DW/B1DW)
jednostką VLSI (dułej skali integracji),
512b EEPROM (MC143150 i MC143120DW/B1DW)
sprawujÄ…cÄ… pieczÍ nad Å‚Ä…cznoÅ›ciÄ… pomiÍ-
2Kb EEPROM (MC143120E2)
dzy wÍzÅ‚ami sieci i jednoczeÅ›nie wykonu-
10Kb ROM (MC143120)
jącą określone zadania wyznaczone przez
11 programowalnych uniwersalnych 34 tryby pracy do wyboru bezpośrednio
program uÅ‚ytkownika. Typowo wÍzeÅ‚ sie-
wyprowadzeń we/wy programowe uruchomienie rezystorów pull-up (IO4-IO7)
ci kontrolno-pomiarowej skÅ‚ada siÍ z pro-
20mA prądu wyjściowego (IO0-IO3)
cesora NEURON, ürÛdÅ‚a zasilania, trans-
Dwa 16-bitowe liczniki/timery dla potrzeb sterowania wyjściami
ceivera, układu dopasowującego we/wy
Zintegrowane do 15 timerów programowych
(ten ostatni stanowi specjalizowanÄ… czÍśĘ
Tryb pracy  uśpienie dla zmniejszenia poboru prądu
wÍzÅ‚a, projektowanÄ… do konkretnych po-
A
ącze sieciowe bezpośrednie
trzeb).
różnicowe
wybór szybkości transmisji od 0,6kb/s do 1,25Mb/s
prąd sterowania łącza skrętkowego 40mA (różnicowo)
Jednostka centralna
opcjonalnie wykrywanie kolizji
KaÅ‚demu z trzech procesorÛw jednostki
Firmware (oprogramowanie firmowe) protokół spełniający wymagania standardowych 7 poziomów OSI
centralnej NEURON jest przyporzÄ…dkowa-
sterowniki rozmaitych typów we/wy przewidziane przez
na określona funkcja (rys. 8).
producenta
Procesor MAC jest procesorem sterujÄ…-
program sterowany zdarzeniami
cym dostÍpem do medium komunikacyj-
Wbudowany  Service pin , tzn. wyprowadzenie ułatwiające zdalną diagnostykę i identyfikację.
nego (ang. Media Access Control). Zgod-
Niepowtarzalny 48-bitowy kod dla każdego wyprodukowanego mikroprocesora.
nie z przyporzÄ…dkowaniem poziomÛw sie-
Przepustowość łącza: typowo 560 pakietów/s, maksymalnie 700 pakietów/s (przy sterowaniu procesora zegarem
ci OSI, zajmuje siÍ on obsÅ‚ugÄ… poziomÛw
10MHz).
1-2 siedmiopoziomowej struktury sieci.
Wbudowane wykrywanie zaniku zasilania dla dodatkowego zabezpieczenia EEPROM-u (tylko podzespoły z kodem
Obejmuje to zarÛwno sterowanie odpo-
B1 i E2).
Elektronika Praktyczna 1/98
92
S P R Z 
T
we/wy, sposobu obsłu-
gitransmisji w sieci,za-
rzÄ…dzania zdarzeniami
i przepływem informa-
cji.
Powyłsze biblioteki
sÄ… zawarte w tzw. firm-
ware,czyli w czÍÅ›ci pa-
miÍci ROM, ktÛrej nie
ma najmniejszej potrze-
by modyfikowaĘ. Po-
zwala to na skupienie
siÍ na pisaniuaplikacji,
a nie rozpraszanie siÍ
Rys. 9. Aktywność pamięci i procesorów podczas jednej
na wykrywanie bÅ‚ÍdÛw
z trzech faz głównego cyklu zegarowego.
transmisji pomiÍdzy
wÍzÅ‚ami, albo proceso-
ka w jÍzyku NEURON-C (odmiana kla- rem a ukÅ‚adami we/wy.
sycznego ANSI-C, zoptymalizowana i roz- KaÅ‚dy z trzech procesorÛw ma swÛj
szerzona dla potrzeb sterowania wÍzÅ‚em wÅ‚asny zestaw rejestrÛw, ale jednoczeÅ›nie
sieci LonWorks). NajwaÅ‚niejszymi mody- majÄ… wspÛlnÄ… przestrzeÒ adresowÄ… i dane,
fikacjami wprowadzonymi do NEURON-C a takÅ‚e wspÛlny ALU i ukÅ‚ad dostÍpu do
sÄ…: pamiÍci. W procesorze MC143150, we-
- multitasking (swego rodzaju wielowÄ…t- wnÍtrzne linie adresowe, danych, R/W sÄ…
kowośĘ), pozwalajÄ…ca rÛwnolegle wy- wyprowadzone na zewnÄ…trz tak, Å‚e kaÅ‚dy
konywaĘ pewne operacje i kontrolowaĘ z trzech procesorÛw moÅ‚e korzystaĘ z ich
jednoczeÅ›nie priorytet zadaÒ; zasobÛw. KaÅ‚dy gÅ‚Ûwny cykl zegarowy
- skÅ‚adnia umoÅ‚liwiajÄ…ca korzystanie skÅ‚ada siÍ de facto z trzech systemowych
z szeregu preprogramowanych urzÄ…dzeÒ cykli zegarowych, kaÅ‚dy cykl systemowy
we/wy; to dwa cykle zegarowe na wejÅ›ciu. GÅ‚Ûwne
- składnia ułatwiająca nadzorowanie fun- cykle zegarowe wszystkich trzech proce-
kcji sieciowych i zmiennych siecio- sorÛw sÄ… miÍdzy sobÄ… przesuniÍte o jeden
wych (ich automatyczna propagacja); cykl systemowy, co oznacza, Å‚e w ciÄ…gu
- skÅ‚adnia pozwalajÄ…ca na bezpoÅ›rednie jednego gÅ‚Ûwnego cyklu kaÅ‚dy z proce-
wskazanietimerowiczasu w sekundach/ sorÛw moÅ‚e odwoÅ‚aĘ siÍ do pamiÍci
minutach do sterowania zdarzeniami, i ALU. Rys. 9 pokazuje elementy aktywne
biblioteki funkcji zwiÄ…zanych z wszel- dla kaÅ‚dego z procesorÛw w czasie jedne-
kimi typami przewidzianych urzÄ…dzeÒ go cyklu gÅ‚Ûwnego.
Elektronika Praktyczna 1/98
93