PROFIBUS DP总线I/O设备的开发研究

总线I/O是"现场总线远程I/O"的简称，是基于现场总线控制系统FCS中的主要设备，PROFIBUS-DP是总线I/O的主流通信协议。一个总线I/O设备可能需要多种总线接口，对于设备的开发人员来讲，他们专注于设备功能单元的核心技术，如果让他们从头开发各种通信接口，势必会分散设备开发人员的精力，增加开发成本和开发周期。

总线I/O的主要功能分为输入、输出两部分。输入是采集现场模拟信号（如4~20 mA）和开关量信号（如24 V DC）转换成为数字量并按照通信协议传送到现场总线。输出是将现场总线通信数据转换成模拟输出和开关量输出。PROFIBUS-DP总线I/O设备以从站的形式存在。

本文介绍如何使用XGate-DPS软件库设计设备软件。通过下面的介绍，您可以快速地让您的设备具有思想，最终成为一个功能完整的设备。

　　1 XGate-DPS软件库结构

　　XGate-DPS系列模块都提供了软件库，用户使用该软件库可以快速开发出设备软件。图1是该软件库的结构图，整个软件架构将XGate-DPS的资源展示给用户，这些资源包括输入数据、输出数据、用户参数数据、配置数据、诊断数据等等。图中，灰色背景部分表示需要用户编程。软件库针对8051、ARM平台做了硬件相关的接口驱动，一般不需要做任何更改，如果使用新的硬件平台， 用户需要修改UART驱动。

　　软件库自行完成UART数据传输控制、命令发送和接收及相关分析处理，即图中的"XGate数据处理"部分；在"XGate数据处理"的上层，提供了用户接口函数API,用户使用这些函数完成对XGate-DPS的操作；一些基于事件的操作，如DP-V1的读写和数据传输请求，"XGate数据处理"将通过回调方式获取应答和处理；用户应用程序APP可以直接访问XGate资源，但是，必须使用API来更新这些资源。

　　2 XGate-DPS软件设计步骤

　　用户使用该软件库对XGate-DPS10的操作其实就是完成回调函数、使用API更新资源、访问资源数据。整个设计遵循图2所示的5个步骤，每个步骤需要完成的工作在图中作了注释，其中，大多数场合不需要步骤3;在不使用DP-V1的情况下步骤4几乎也是可以忽略的。

　　3 总线I/O设备的GSD文件

　　GSD文件是设备描述文件，当一个设备确定了其功能和参数后，GSD文件也就确定了。设备的GSD文件一般是通过修改示例GSD文件生成，示例GSD文件中的大部分关键字和参数已经确定而不需要修改。本例中修改示例如下：

　　修改的内容一部分是设备的名称、序列号等信息，另一部分是设备组态数据和用户参数数据部分。设备组态数据指示了设备的输入输出大小，决定了通信数据结构，组态数据的设置可以查看XGate-DPS10数据手册的附录；用户参数数据是为了限定或指示设备数据的范围或意义的，更详细的信息请参考《XGate-DPS10数据手册》。

4 APP设计及回调函数

　　软件库提供了demo示例代码，一个软件库基础操作单元如图3所示。

　　在使用软件包前，首先要配置cfg.h头文件的宏定义，这包括与硬件相关的寄存器、缓冲区大小、设备属性等的定义。

　　使用软件包，用户没有必要去考虑如何与模块通信，也不必了解PROFIBUS技术细节，只需要关心设备功能的实现及如何组织数据。一个典型的前后台用户程序框图如图4所示。

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　　软件包中有两个非常重要的函数DataUpdate（）和RecvProcess（），调用这两个函数实现数据的交换。接收到的交换数据在sys.Out_data[]数组中，要发送的数据需要放到sys.In_data[]中。例如：

　　放到sys数组中的数据顺序与GSD文件描述的设备信息顺序是一致的。在本例中，8位开关输入量在sys.In_data[0]中，而16位（2 B）计数器占用sys.In_data[1…2];8位开关输出在sys.Out_data[0]中。来自主站的用户参数数据放在sys.User_para[]数组中，用户可以根据这些数据的意义设置设备相关功能。

　　XGate-DPS10支持用户诊断，用户可以调用SetDiag_Channel（）、SetDiag_Identifier（）、SetDiag_Device（）等函数来完成用户诊断的发送，在发送这些诊断前，需要将诊断信息赋值到定义好的结构体中，例如：

　　当XGate-DPS收到DP-V1读写请求，也将产生一个中断，软件库将调用相应的回调函数。在这些回调函数中应首先判断访问的slot_num、index的合法性，基本格式如下：

　　PROFIBUS-DP从站应用广泛，使用通信接口模块来开发总线I/O设备可以有效地缩短开发周期、节省成本投入，并在可靠性上得到保障。XGate-DPS10符合大多数应用场合，其高可靠性、方便性、低成本性使其成为开发DP从站设备的首选。