概要

如今，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備需要處理比以往更多的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的設(shè)備僅側(cè)重于實(shí)際任務(wù)所需的數(shù)據(jù)，而當(dāng)今的設(shè)備還要處理用于配置、診斷、警報(bào)、參數(shù)化等用途的輔助數(shù)據(jù)。為此，我們需要新的通信系統(tǒng)來(lái)滿足這些不同級(jí)別的信息需求。Actuator-Sensor-Interface version 5（執(zhí)行器-傳感器-接口版本5，簡(jiǎn)稱Asi-5）有利于建立相應(yīng)的機(jī)制，以滿足這種信息處理需求，同時(shí)達(dá)到傳統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性，提升周期時(shí)間性能。由于ASi-5是一種真正的總線系統(tǒng)，因而它在線纜安裝方面有很高的靈活性，從而降低了整體系統(tǒng)成本。ASI4U-V5芯片解決方案為ASi-5提供了一體化系統(tǒng)解決方案，確保提供簡(jiǎn)單的集成選項(xiàng)，在ASi-5規(guī)范定義的所有模式下支持ASi-5。

本文將探討ASi-5技術(shù)的一些細(xì)節(jié)，概述如何在ASI4U-V5芯片解決方案中實(shí)施這種技術(shù)。

1關(guān)于 ASI4U-V5

瑞薩電子利用其在傳輸方法和半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，為ASi-5標(biāo)準(zhǔn)制定及其在芯片解決方案中的技術(shù)實(shí)施做出了貢獻(xiàn)。特別是在模擬技術(shù)方面，瑞薩利用大量技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)施了高度可靠的先進(jìn)技術(shù)。除了ASI4U-V5半導(dǎo)體產(chǎn)品之外，開發(fā)聯(lián)盟還為IC提供了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的固件。由于開發(fā)人員無(wú)需處理ASI4U-V5芯片的內(nèi)部細(xì)節(jié)，可以極大地簡(jiǎn)化ASi-5的實(shí)施。所有芯片功能都通過(guò)固件集成在一起。該固件涵蓋在ASi-5標(biāo)準(zhǔn)中定義的兩種器件實(shí)施（見圖1）。在“簡(jiǎn)易從站”模式下，進(jìn)程數(shù)據(jù)僅通過(guò)數(shù)字I/O傳輸至芯 片，然后再通過(guò)ASi-5協(xié)議傳輸。

相反的，在“復(fù)雜從站”模式下，則通過(guò)SPI接口為IC傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)周期最多可以交換32個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用，并擴(kuò)展ASi-5的功能。

圖1：ASi-5從站選項(xiàng)

2ASi-5 傳輸功能

① 傳輸技術(shù)

兼容傳統(tǒng)ASi實(shí)施是ASi-5規(guī)范的一個(gè)關(guān)鍵要求。為了確保在同一線纜上保持與ASi-3的兼容性，開發(fā)團(tuán)隊(duì)決定在ASi-3通道以上的頻譜中傳輸ASi-5數(shù)據(jù)。ASi-3使用時(shí)分多路復(fù)用方法，在5ms的周期時(shí)間內(nèi)按順序交換數(shù)據(jù)，最多有31個(gè)從機(jī)（使用A/B尋址時(shí)有62個(gè)從機(jī)）。ASi-3占用從50kHz至500kHz的頻段。在實(shí)際執(zhí)行中，ASi-5數(shù)據(jù)在2至8MHz之間的頻率下進(jìn)行調(diào)制。這里使用了正交頻分復(fù)用方法。也就是將頻段分成若干個(gè)子頻段，每個(gè)子頻段用于傳輸單獨(dú)的數(shù)據(jù)流。使用ASi-5技術(shù)時(shí)，這些頻段之間的間隔為58.59kHz。正常工作條件下，至少有136個(gè)通道可用于ASi-5通信。在所有這些通道中，我們使用時(shí)分復(fù)用方法，首先在1.2ms內(nèi)將數(shù)據(jù)從主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī)，然后再將數(shù)據(jù)由從機(jī)傳輸?shù)街鳈C(jī)。我們使用的這種調(diào)制方法稱為差分四相相移鍵控（DQPSK）。使用DQPSK方法時(shí)，每傳輸一個(gè)符號(hào)，要傳輸兩個(gè)數(shù)據(jù)位。

圖2：出色的EMC可靠性

② 出色的EMC可靠性

在每個(gè)周期中，要雙向傳輸20位數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)通道采用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）進(jìn)行保護(hù)，這樣可以有效發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。所有進(jìn)程數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)在三個(gè)通道上發(fā)生。接收器必須在至少兩個(gè)通道上接收到相同的數(shù)據(jù)，才會(huì)將進(jìn)程數(shù)據(jù)識(shí)別為有效（2oo3保護(hù)）。另外一種保護(hù)手段是每個(gè)符號(hào)連續(xù)傳輸兩次，這樣可以進(jìn)一步防止短期電磁干擾。我們采用了上述三種不同方法來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸，防止外部干擾?？偠灾?，這樣可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，甚至在不利的傳輸條件下也能做到。

圖3：子周期/通道捆綁和復(fù)用/抖動(dòng)

③ 取決于具體應(yīng)用的總線配置

如圖3所示，在1.2ms周期內(nèi)可以處理最多24個(gè)邏輯傳輸通道。這意味著可對(duì)最多24個(gè)從機(jī)進(jìn)行尋址。如果要連接更多從機(jī)，可以通過(guò)時(shí)分復(fù)用過(guò)程，共享相同的傳輸頻率。這樣可以達(dá)到2.5ms、3.8ms或5ms的周期時(shí)間，最多連接48個(gè)、72個(gè)或96個(gè)從機(jī)。

④ 靈活配置每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率

如果每個(gè)周期要傳輸16位以上的I/O數(shù)據(jù)，可通過(guò)通道捆綁和復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。通道捆綁可在一個(gè)子周期中連接多個(gè)通道。使用復(fù)用技術(shù)，可在多個(gè)子周期中連接多個(gè)通道。通過(guò)這種方式，可在一個(gè)周期中交換最多32個(gè)字節(jié)。除了循環(huán)數(shù)據(jù)之外，還有一個(gè)稱為異步管理通道（AMC）的異步通道。這個(gè)通道耦合四個(gè)載波頻率用于進(jìn)行通信，提供5倍的冗余。因此AMC占用20個(gè)載波頻率。從機(jī)的初始激活是通過(guò)AMC進(jìn)行協(xié)商的。此外，AMC實(shí)現(xiàn)了很多新機(jī)制，例如診斷和參數(shù)化。

3ASI4U-V5：ASi-5 芯片解決方案?jìng)鬏敼δ?/strong>