基于FPGA的PROFIBUS-DP集線器設計

摘要：給出了用PROFIBUS―DP HUB來改變現場總線拓撲結構的設計方案，并對數據轉發方法進行比較。描述了DP協議傳輸的格式，重點介紹并分析了兩種幀結束檢測方法及其優劣，最后通過八通道DP HUB的實例來說明了整個設計的實現過程。
關鍵字：拓撲結構；幀結構；幀結束判定；波特率檢測

0 引言
PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS的傳送速度在9．6kbaud～12Mbaud范圍內，而且，當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置都被設成相同的速度。PROFIBUS的最大優點是其具有穩定的國際標準EN50170作保證，故其穩定、可靠、故障率低，且經實際應用驗證具有普遍性。因此，研究PROFIBUS具有重要的意義。
目前工業現場應用中的PROFIBUS―DP大部分是線性總線結構，該結構上一個點出現問題將導致整個DP網絡通訊故障，數據無法傳輸，且難以定位故障點；另外，采用該總線結構，在現場設備分布比較分散時，會對布線造成困難，很容易超出DP協議規定的通信距離。而星型或樹形拓撲結構則可以有效地解決此類問題，但DP協議并不支持這兩種拓撲結構。為此，本文提出利用DPHUB來改變DP網絡拓撲結構，從而解決了DP總線在實際應用中的缺陷。

1 PROFIBUS―DP協議
眾所周知，國際ISO標準組織的0SI網絡通信模型是國際上通用的標準框架，PROFIBUS―DP使用了其中的第1、2層(即物理層、數據鏈路層)和一個用戶的應用接口，而對通用模型上的第3～6層沒有加以定義描述，這種精簡結構的好處是數據傳輸快速和效率高。用戶的應用接口又稱為直接數據鏈路映像程序，它規定了可調用的應用功能，可使第三方應用程序得到直接調用。圖1所示是PROFIBUS―DP協議層的定義。

2 PROFIBUS―DP的傳輸
PROFIBUS―DP總線上的一個主站控制著多個從站，主站與每一個從站都建立一條邏輯鏈路；主站發出命令，從站給出響應；從站可以連
續發送多個幀，直到無信息發送、達到發送數量或被主站停止為止。數據鏈路中的幀傳輸過程分為數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放三個階段。一般情況下，DP協議中的FDL層報文幀結構僅有5種類型。
其中，SDl是無數據域，只用作查詢總線上的激活站點，其格式如下：

SD2是帶有固定8字節數據域，格式如下：