基于1394總線通信的I/O模塊在數控系統中的應用

　　3.2中轉時延測試分析

　　TSIM3AA82是一種雙端口1394芯片，因此可以將多個I/O模塊串聯，如圖5所示。模塊1最后上電，并進行總線復位，強制自己為根節點。模塊1的節點號為0，模塊2、3、4節點號相應為1、2、3。

圖5 中轉時延測試結構圖

　　寄存器Ping_Timer記錄了Ping包從發出到收回的時間，每次40 as。現在從O節點分別向1、2、3節點發送Ping包，共測試20次。0節點到l節點的Ping_Timer值穩定為14；0節點到2節點的Ping_Timer值為19共14次，值為20共6次；0節點到3節點的Ping_Timer值為24共12次，值為25共8次，測試結果如表1所示。

　　0到1節點不經過轉發，僅僅是數據傳輸時間。0節點到2節點的傳輸增加了1節點的兩次轉發時間。0節點到3節點的傳輸增加了1節點兩次轉發及2節點兩次轉發的時間。

　　按照以上分析，采用代數平均數算法，可計算得到節點轉發時間為108.7 as。而TSB43AA82芯片的PHY Internal Registers中的delay字段定義了中轉時延的最大值，即從數據的第1位接收到數據包被轉發所需要的最大時間，為144+(delay×20)as，其中TSB43AA82中delay為0。故最壞情況下轉發器轉發數據的延遲為144 ns。所測得的中轉時延為108.7 n8在144 ns以內，與理論值完全符合。

　　3.3 多節點的伺服同步

　　一個數控系統中有多個伺服單元，這些伺服單元可以通過各自的I/O模塊與上位機進行通信。高檔數控系統對于各個伺服單元之間的伺服周期同步有較高的要求。

　可以利用上位機向所有節點發送1394廣播包作為同步信號，各節點收到廣播包后開始執行新得到的插補命令，從而實現各個伺服節點同時執行同一插補周期的數據。根據1394網絡拓撲結構及1394傳輸協議可知，數據的傳輸是經過各個節點的轉發實現的，所以在邏輯位置上距離上位機較遠的節點收到廣播包比其他節點要晚，導致同步信號不夠準確。

　　針對這一情況，可以利用3．2節所測節點中轉時延，人為地補足這個時間差，實現更高精度的同步。由于采用的TSB43AA82是雙端口1394芯片，拓撲結構比較簡單，呈線性，一般上位機強制為根節點，節點號為0。假設整個數控系統共有m個節點，則邏輯位置上距離上位機最遠的節點號為m-1。可以編程控制節點號為i的節點在收到廣播包后延時(m-1-i)×108.7 as，之后執行插補命令，從而實現各節點之間真正的伺服同步。

4 結束語

　　本設計的基于IEEE 1394通信的I/O模塊經測試完全滿足高檔數控系統的實時性要求。根據3．2節中轉時延的測試結果，可以利用1394廣播包來同步多個節點模塊。另外該模塊利用光耦芯片與外界環境隔離，能夠有效預防干擾。除數控系統外，該模塊還可廣泛應用于很多其他場合，負責實時數據采集及高速數據傳輸。