LonWorks总线通信控制器机器接口——神经元芯片优化

各种类型的Neuron芯片都包含一个具有网络通信能力的微控制器内核的基本部分，对于较为简单的任务，只需附加少量的外围电路即可作为独立的微控制器使用（如图5-2所示）。这些设备还可以以各种灵活的方式加以扩展，以适宜复杂的应用。

图5-2 LonWorks节点中Neuron芯片的功能

现有的芯片来自Motorola、Toshiba和Cypress半导体公司，可以分为2种基本的类型：一种是3120芯片，一种是3150芯片。3120芯片是为小型、低成本应用而设计的，其所有的功能块被集成到一个SO-32的封装中（见表5-1）。有一个含有固件的10KB内部ROM。用户软件放置在一个512B的E²PROM中，因而只能放一个大约2页打印纸的C程序。但是，一个典型的应用可以使用很多固件服务。所以机器代码与操作系统调用高度共享并具有相当广泛的功能。另外LonTalk协议的配置数据和用户参数（如果需要的话）也存储在E²PROM中，即使电源出现故障也能保证数据的安全。出于这一目的，E²PROM一部分是被保留的，余下的部分对用户应用程序开放。要设计一个可互操作的网络节点，512B肯定不够，所以现在大多数的节点使用带有2KB E²PROM的3120版本的Neuron芯片（3120E2）。

表5-1 Neuron芯片族的各种类型存储器

对于简单的应用来说，3120已包含了所有必需的部件。只需为它提供一个晶体或陶瓷振器，以及一个应用所需的特定的输入/输出电路和电源即可。如果把该芯片作为一个Lon-Talk的网络成员使用，则还需要一个收发器来把Neuron芯片连接到网络。

而3150芯片则是为更复杂的应用而设计的。它大部分与3120相同，只是采用PQFP64的封装形式，并提供一个带有8位数据总线和一个16位地址总线的外部存储器总线接口。处理器可以访问58KB，余下的6KB作为内部资源使用。58KB存储器中的16KB保留作固件使用，通常以外部EPROM或者FLASH存储器的形式提供。余下的42KB可用于用户应用程序。外部总线可以连接不同类型的存储器（RAM、ROM、EPROM、FLASH）或按256B的增量分段的其他存储映射设备。它们的区别在于3150系列可以扩展外部存储空间（有地址线A0～A15），而3120系列则只有片内固定的内存空间（无地址线）。由于3150系列为用户留下了更为广阔的创造空间，能够满足用户写入更周全和复杂的控制程序，具有更广泛的用户群。

Neuron芯片是LonWorks技术的核心，内部结构如图5-3所示，其引脚见表5-2。它的一个显著特点是：既能管理通信，同时又具有输入/输出和控制功能。芯片内部有3个八位的微处理器：MAC processor（媒体访问控制处理器）、NETWORK processor（网络处理器）和APPLICATION processor（应用处理器）。如图5-4所示，CPU1是介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第1和第2层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC算法。CPU1和CPU2用共享存储区中的网络缓存区进行通信，正确地对网上报文进行编解码。CPU2是网络处理器，它实现LonTalk协议的第3～6层，包括处理网络变量、寻址、事务处理、权限认证、背景诊断、软件计时器、网络管理和路由等。同时还控制网络通信端口，物理地发送和接收数据包。该处理器用共享存储区中的网络缓存区与CPU1通信，用应用缓存区与CPU3通信。CPU3是应用处理器，它执行用户编写的代码以及用户调用的操作系统命令。

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图5-3 Neuron芯片内部结构

表5-2 引脚描述

Neuron芯片拥有一个多功能的通信端口，它有5个引脚可以配置与多种传输媒介接口（网络收发器）相连接，且可实现较宽范围的传输速率。它有3种工作方式，分别是单端、差分及专用工作方式。表5-3是与每种工作方式对应的引脚定义。

表5-3 通信端口引脚定义

图5-4 3个八位的微处理器的关系

对单端、差分工作方式使用差分曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码所提供的数据格式使得数据可在多种媒介中传送。此外，差分曼彻斯特编码对信号的极性不敏感，所以通信链路中的极性变化不会影响数据的接收。单端工作方式是最常用的工作方式，用于实现收发器与多种传输媒介的连接，例如构成自由拓扑结构的双绞线、射频、红外、光纤以及同轴电缆网络。