在集散型控制系統(tǒng)中，一般將計算機或工控機用于終端圖文顯示，數(shù)據(jù)采集處理以及人機對話接口等方面。計算機或工控機與外部設(shè)備需要建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵚?lián)系。但大量數(shù)據(jù)傳輸，靠通常的串行通訊方式進(jìn)行，必須占用CPU大量的時間進(jìn)行通訊。一些控制系統(tǒng)往往因為傳輸速率慢而無法實現(xiàn)實時控制，不能滿足系統(tǒng)采集和控制需要。上述問題在我們設(shè)計的汽車綜合檢測系統(tǒng)中，得到了較好的解決。系統(tǒng)中采用雙端口RAM技術(shù)設(shè)計了一塊PC總線接口的智能型高速并行通訊卡（以下簡稱通訊卡），實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)同計算機高速并行通訊。由卡上的MCU負(fù)責(zé)分機的數(shù)據(jù)采樣，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按系統(tǒng)協(xié)議在雙端口RAM內(nèi)任意存取，讀寫速度快、可靠性高、接口簡單，滿足了系統(tǒng)設(shè)計需要。并且實現(xiàn)了在VB語言環(huán)境下對采用內(nèi)存直接映象技術(shù)的雙端口RAM的讀寫操作，將多主CPU采用的總線仲裁方式簡單為僅僅對內(nèi)存操作，在應(yīng)用計算機總線擴展技術(shù)方面具有借鑒意義。

1 系統(tǒng)描述

在汽車綜合檢測系統(tǒng)中，需要對汽車的底盤、發(fā)動機以及綜合電路等方面的信號進(jìn)行采樣和判斷，其中包含大量的運算處理和汽車標(biāo)準(zhǔn)為資料的對比、分析、判斷等環(huán)節(jié)。整個系統(tǒng)信號采樣點多，信號的形式各不相同，系統(tǒng)采用MCU控制方式的分機對各測量點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和模擬控制。由于MCU沒有高效的運算功能，沒有大量的指令和數(shù)據(jù)存貯空間，更不能直觀顯示各種汽車標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測量結(jié)果，若進(jìn)行大量的運算、判斷、顯示，其硬件、軟件處理是一個比較棘手的問題。因此本系統(tǒng)采用MCU負(fù)責(zé)采集各種信號，統(tǒng)一由計算機負(fù)責(zé)相應(yīng)的運算處理、分析、判斷，并管理汽車標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、人機對話接口、顯示測量結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)圖形等等，用一塊管理分機的通訊卡實現(xiàn)分機與主機之間數(shù)據(jù)傳輸。

通訊卡包含了數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)收集、傳輸?shù)裙δ?，對系統(tǒng)內(nèi)的并、串行通訊實現(xiàn)分時操作。卡上由一片MCU負(fù)責(zé)管理各個分機，通過串行通訊方式將分機采集的各種數(shù)據(jù)，收集到通訊卡內(nèi)，經(jīng)過判斷、篩選，將有效數(shù)據(jù)存貯到雙端口RAM的規(guī)定區(qū)域內(nèi)；計算機從雙端口RAM內(nèi)將數(shù)據(jù)讀入，進(jìn)行運算處理，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，將結(jié)果或控制命令寫入雙端口RAM內(nèi)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)運行。本文主要針對通訊卡的軟、硬件設(shè)計和在VB環(huán)境下的軟件實現(xiàn)，作重點的分析。

2 硬件設(shè)計

通訊卡的基本硬件設(shè)計簡圖如圖1所示。

利用計算機總線做擴展卡的技術(shù)已經(jīng)廣為應(yīng)用，但很多都是利用計算機提供固定的I/O端口地址進(jìn)行讀寫操作，“瓶頸效應(yīng)”十分明顯。在對實時性要求很高、數(shù)據(jù)傳輸量很大的場合，數(shù)據(jù)阻塞明顯，無法滿足系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枰?。本系統(tǒng)利用計算機內(nèi)存直接映象技術(shù)，對內(nèi)存物理地址直接操作，實時性和速度明顯改善，完全滿足本系統(tǒng)的速度要求。

2.1 MCU和雙端口RAM的選擇

此卡是實現(xiàn)計算機與數(shù)據(jù)采集的分機之間大量、快速的數(shù)據(jù)交換的中間環(huán)節(jié)。采用的MCU要求具有較喲的運行速度和數(shù)據(jù)管理能力，既有雙端口RAM的接口總線，又具備同分機雙工串行通訊能力，同時考慮到系統(tǒng)硬件加密的必要，選擇此MCU是系統(tǒng)的關(guān)鍵。美國ATMEL公司出品的89C51是本系統(tǒng)的首選。另一方面根據(jù)本系統(tǒng)的需要，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘吭谝粋€令牌下，2KB的吞吐量已經(jīng)滿足，因此我們采用美國IDT公司出品的雙端口EAM IDT7132，容量為2K×8bits。IDT7132帶有兩套獨立控制總線，可從兩側(cè)任意讀寫存儲器中的所有單元，片內(nèi)硬件端口促裁電路適合當(dāng)兩側(cè)同時訪問同一單元時不允許處于等待狀態(tài)的89C51的操作，允許不經(jīng)過外部仲裁，能經(jīng)受沖突的系統(tǒng)進(jìn)行雙機同步讀寫存儲器中的同一單元，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，簡化了通訊卡的硬件電路設(shè)計，同時為軟件設(shè)計免除了使用信號燈進(jìn)行判斷操作的繁鎖過程。

2.2 雙端口RAM的地址范圍的選擇

計算機內(nèi)部高端地址中有一段保留給I/O適配卡的128KB地址空間，這段地址空間為0C0000H～0DFFFFH。利用這128KB中的一段2KB空間即可滿足IDT7132的使用，按PC總線的協(xié)議經(jīng)過地址譯碼和其它控制總線選能，實現(xiàn)內(nèi)存直接映象方式。地址范圍為0D0000H～0D07FFH之間。另一側(cè)，MCU與IDT7132的接法只將IDT7132其中一側(cè)總線接入MCU的總線上，其接法同普通RAM沒有區(qū)別，設(shè)置地址范圍在 8000H～87FFH之間。

按工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)實行全地址線譯碼方式，確保全地址空間的每一個存儲單元的地址在總線上唯一。

2.3 對雙端口RAM訪問的特殊情況處理

IDT7132 兩側(cè)的BUSY線分別接到MCU的INT0中斷上和PC總線的A10腳（IO-CH-RDY）上，作為MCU和計算機同時讀寫IDT7132的同一個地址單元時的“忙閑”狀態(tài)線。當(dāng)兩側(cè)訪問不同的地址單元時，BUSY線無效，兩側(cè)操作互不影響。當(dāng)兩側(cè)“幾乎同時”訪問同一個單元時，按IDT7132的總線仲裁邏輯，對兩側(cè)的片選信號和地址信號之一到達(dá)時間間隔只要大于5ns，就能對先到達(dá)的一側(cè)提供讀寫通道，保證數(shù)據(jù)讀寫的真實性。同時將另一側(cè)的BUSY 線置低，為MCU或計算機提供中斷或等待信號。眾所周知，89C51不具備插入等待周期延時操作的能力。當(dāng)MCU一側(cè)先行操作時，計算機一側(cè)的BUSY線有效，PC總線上的IO-CH-RDY狀態(tài)線被拉低，命令計算機CPU插入等待周期，延時等待MCU一側(cè)完成讀寫操作后，再進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)計算機一側(cè)占據(jù)IDT7132的一個地址單元時，MCU一側(cè)再操作該單元，MCU讀寫的數(shù)據(jù)無效。我們采用了判斷標(biāo)志位的方式解決此問題。當(dāng)對應(yīng)的BUSY線變低 INT0中斷有效時，MCU完成該條讀寫指令后立即進(jìn)入中斷，置標(biāo)志位，中斷返回后，即執(zhí)行查詢標(biāo)志位的指令同，判斷此次操作是否有效。未成功，重復(fù)操作，直至讀寫成功。

3 軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)的全部軟件共三部分，每一部分的設(shè)計側(cè)重點不同。計算機方面軟件實現(xiàn)的功能包括：用戶人機對話接口、汽車技術(shù)資料庫的管理和擴充、底層全部數(shù)據(jù)傳輸、運算處理、零點校正設(shè)定、實時監(jiān)控操作、各分機的模擬信號線化處理、大量圖片資料的處理與調(diào)用等等。通訊卡的軟件設(shè)計包括：對各個分機的管理、數(shù)據(jù)收集分類整理、篩選判斷、與計算機進(jìn)行有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?。分機的軟件包括數(shù)據(jù)采集和模擬控制等部分。要求數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、一致。實際應(yīng)用中采用數(shù)據(jù)濾波、指令冗余、自依斷以及現(xiàn)場斷點返回等抗干擾技術(shù)。

全部軟件涉及的編程語言共三種。分機和通訊卡的軟件設(shè)計采用匯編語言，計算機方面采用Visual Basic6.0、Visual C++ 6.0兩種語言，分機方面的軟件這里不作介紹，本文主要針對在通訊卡上以及在Visual Basic 6.0環(huán)境下對雙端口RAM的操作軟件設(shè)計作詳細(xì)介紹。

Visual Basic 6.0不具備對計算機底層地址操作的功能，不如Visual C++ 6.0、Delphi等。特別在本系統(tǒng)中采用的高速并行通信方式，對內(nèi)存物理地址讀寫操作的頻率很高，按常規(guī)應(yīng)改用其它語言。但系統(tǒng)其它方面的工作，不是其它語言所能替代的，所以必須將VB語言環(huán)境下不能對底層地址讀寫操作的問題加以解決。經(jīng)過實驗，通過如下方法實現(xiàn)。

筆者采用的方法是調(diào)用動態(tài)鏈接庫DLL。用VisualC++ 6.0編寫對內(nèi)存物理地址進(jìn)行讀寫操作的DLL動態(tài)鏈接庫函數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送；用Visual Basic 6.0調(diào)用DLL實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，從而彌補VB對底層數(shù)據(jù)操作的缺陷，使VB環(huán)境下開發(fā)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)軟件更為方便。

（1）首先使用Visual C++ 6.0創(chuàng)建一個MFC Appwizard dll項目，這樣就可以在DLL中編寫程序。因為我們要對直接映象在高端內(nèi)在范圍內(nèi)的地址進(jìn)行操作，所以在編寫程序時，要使用如下方法：

-asm{ mov A B

mov ……

…………

mov i A}

return i;

-asm{}是嵌入式匯編函數(shù)，在Visual C++6.0中只有使用此方法才可以訪問高端內(nèi)存地睛。還要在DLL中編寫兩個函數(shù)。

一個從內(nèi)存地址讀數(shù)函數(shù)。

一個對內(nèi)存地址寫數(shù)函數(shù)。

這樣才能完成對高端內(nèi)存地址讀寫的操作，實現(xiàn)底層的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）使用Visual Basic 6.0調(diào)用DLL動態(tài)鏈接庫函數(shù)。

第一步：運行VB6.0時，新建一個工程項目，在項目中添加模塊，在模塊中聲明兩個API函數(shù)：

Declare Function write% lib“C:兡?#12;C”

(ByVal localport%,ByVal value%)

Declare Function read% lib “C:兡?#12;C”

(ByVal localport%)

其中：write( )函數(shù)是向高端內(nèi)存地址寫數(shù)據(jù)

read（ ）函數(shù)是從高端內(nèi)存地址讀數(shù)據(jù)

第二步：在窗體中放入三個文本框（Text 1,Text2,Text3），一個命令按扭（Command 1），就可以在代碼窗口中編寫代碼：

Option Explicit

Dim Port 1 ‘內(nèi)存地址 如：0D0000H

Dim Port 2 ‘16進(jìn)制數(shù) 如：12H

Private Sub Command 1-click()

Dim Gg As Integer ‘聲明一個返回整數(shù)

Dim Salp As Integer ‘聲明一個返回整數(shù)

Port 1=Val(Text 1.Text) ‘把Text 1賦給port 1

Port 2=Val(Text 2.Text) ‘把Text 2賦給port 2

Gg=write(port 1,port2) ‘往Port 1地址中寫Port 2

Salp=read(port 1) ‘從Port 1地址中讀數(shù)

Text3.Text=Salp ‘在Text3中顯示

Salp

End Sub

兩個函數(shù)的調(diào)用過程如上所述，可根據(jù)編程的意圖放在任何位置。特別注意，函數(shù)地址不能與其它硬件的地址或系統(tǒng)內(nèi)存地址沖突，否則會造成計算機死機。

本文采用雙端口RAM器件設(shè)計的智能型高速并行通訊卡，在監(jiān)控軟件、硬件，以及在VB環(huán)境下對直接映象方式的高端內(nèi)存進(jìn)行讀寫操作的實現(xiàn)，具有通用性。尤其在自動控制領(lǐng)域設(shè)計A/D、D/A轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)閉環(huán)控制，以及設(shè)計虛擬儀器、視頻信號數(shù)字化處理、語音處理、各種系統(tǒng)動態(tài)仿真等需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，都具有借鑒意義?？傊?，智能化板卡在PC總線工業(yè)控制的應(yīng)用，是今后發(fā)展的主流。