Варианты и сравнительный анализ локальных сетей для выбора последовательных интерфейсов

Теперь перейдем к выбору интерфейсных модулей. В состав 8-разрядных МК различных фирм-производителей входят следующие модули контроллеров последовательных интерфейсов:

• модуль универсального последовательного интерфейса USI (Universal Serial Interface); входит в состав МК семейства AVR фирмы «Atmel»; он может поддерживать протоколы асинхронного обмена для интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485, а также синхронные протоколы интерфейсов SPI и I²C;

• модуль универсального асинхронного интерфейса UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter); поддерживает протоколы асинхронного обмена интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485. Не все производители МК используют термин UART для обозначения типа модуля контроллера последовательного обмена – см. SCI;

• модуль универсального асинхронного интерфейса SCI (Serial Communication Interface); характерен для МК фирмы «Motorola»; входит в состав 8-разрядных МК семейств НС05, НС11 и НС08; является функциональным аналогом модулей типа UART, т. е. поддерживает протоколы асинхронного обмена для интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485;

• модуль синхронного последовательного интерфейса SPI (Serial Peripheral Interface); поддерживает протокол синхронного обмена в стандарте SPI; интерфейс SPI был предложен фирмой «Motorola», соответственно контроллер SPI входит в состав большого числа моделей МК семейств НС05, НС11 и НС08. В МК других производителей протокол SPI обычно реализуется в качестве альтернативного одним из модулей контроллеров последовательных интерфейсов;

• модуль синхронного последовательного интерфейса I²C (Inter Integrated Circuit); входит в состав 8-разрядных МК фирмы «Philips» и «MicroCHIP»; следует заметить, что для МК «MicroCHIP» характерна реализация аппаратными средствами одного и того же модуля двух протоколов – SPI и I²C. Его аналогами являются SMBus и TWI (фирмы Atmel);

• модуль контроллера CAN (Control Aria Network); присутствует в продуктовых линейках всех производителей, в частности в 8-разрядных МК семейства НС08 фирмы «Motorola», МК семейства С500 фирмы «Infineon», семейства 89 фирмы «Philips», семейства ATmega фирмы Atmel; поддерживает стандартные протоколы обмена CAN-сетей;

• модуль контроллера USB (Universal Serial Bus); поддерживает стандарт периферийного интерфейса вычислительной техники USB.

Следует заметить, что одноименные модули контроллеров последовательных интерфейсов даже одной фирмы-производителя имеют отличия в реализации для разных семейств МК. Так, аппаратные средства контроллера SCI в составе МК семейства НС08 диагностируют большее количество ошибок на линии, чем одноименные контроллеры в составе семейства НС05. И естественно, отличаются одноименные модули в МК различных фирм. Однако эти отличия преимущественно сводятся к различию регистров специальных функций, которые обслуживают модуль, и в меньшей степени затрагивают алгоритмы функционирования одноименных модулей. Известно, что Intel и MicroCHIP производят МК с ведомыми модулями USB (функциями), а Atmel и TI – с хабами, позволяющими управлять четырьмя нижестоящими устройствами. Наблюдается переход от МК с низкоскоростным обменом к среднескоростным (FS), соответственно переход на протокол USB 2.0, а также рост количества обслуживаемых устройств и расширение других возможностей МК.

Что касается интерфейсов для шины CAN, то они ныне также присутствуют в продуктовых линейках всех производителей.

Например, на рис. 56 видно, что в моделях PIC18Cxx8 физические уровни сигналов, характерные для CAN BUS, получают с помощью отдельных трансиверов. Контроллеры, не имеющие CAN-интерфейса, сопрягают с шиной через модуль MCP2510 и трансивер.

Рис. 56

Интерфейс I²C также введен в состав множества моделей МК различных производителей. Его исполнение с возможностью работы как в ведущем, так и ведомом режиме обычно поддерживается специальным модулем (например, модуль последовательного порта в МК 89С52 фирмы «Philips»). Но если реализуется только ведомый режим I²C, то обычно он успешно сочетается с SPI (например, в МК PIC16 от «MicroCHIP»): настройка одного и того же модуля на один из протоколов осуществляется путем инициализации.

Таким образом, разработчик МКСУ имеет возможность выбрать для МК верхнего уровня своей системы контроллер с тем интерфейсом, который принят для построения СУ следующего уровня (РТК, АСУТП). В настоящее время наиболее распространенным становится интерфейс CAN. Этому способствует как его помехоустойчивость, так и деятельность ассоциации CiA (CAN in Automation) по его популяризации.

Для сети на нижнем уровне обычно применяют интерфейсы RS-232C, RS-485, I²C, CAN.

Особенно широко продолжает использоваться протокол RS-485, предусматривающий магистральную связь с одним ведущим по дифференциальной паре. Аппаратно, сложность использования RS-485 состоит в необходимости дополнять МК с узлом UART трансивером, формирующим парафазный сигнал (например, от фирмы MAXIM).

Использование I²C, как представляется, возможно при незначительном уровне помех, например, в объектах малой мощности. Применение CAN-контроллеров, сложных, но помехоустойчивых, также не исключается, но МК в основном не оснащены двумя каналами CAN, поэтому создать двухъярусную СУ только на этом протоколе невозможно.

Таким образом, разработчик МКСУ имеет возможность выбрать для двухъярусной МКСУ следующие комбинации интерфейсов (верхний – нижний уровни):

• USB - RS-485 (рекомендуют разработчики с форума Roboclub);

• USB – CAN:

• USB - I²C;

• CAN - I²C;

• SPI - I²C и другие.

Выбор здесь, помимо реализации перечисленных выше требований, определяется наличием в сопрягаемых МК модулей нужного состава для реализации непосредственно функций управления и опроса периферии объекта, а также экономико-конструктивными условиями.