全數字式數控總線應用層通用化設計

　　基本數據類型包括位元型、字符型、整型、浮點型、串型、布爾型、枚舉型、結構體等。其中整型分為有符號整型和無符號整型，都可以使用8位、16位、32位、64位等多種方式進行存儲，如INT8(8位整數)、UINT8(8位無符號整數)、INTl6(16位整數)、UINTl6(16位無符號整數)、INT32(32位整數)、UINT32(32位無符號整數)、INT64(64位整數)、UINT64(64位無符號整數)等。

　　對象字典包括服務對象字典和協議對象字典。對象字典為應用接口子層服務及協議數據提供對應的具體總線應用層服務及協議數據結構的解釋和定義。

　　(2)協議接口子層：通過服務映射管理機制將應用接口子層提供的服務映射到具體總線的應用層服務，如M3應用層服務、EtherCAT應用層服務、NCSF應用層服務等。并將統一的應用層協議數據映射成具體總線的應用層協議數據。然后根據總線類型選擇相應的數據鏈路，實現用戶程序與數據鏈路層之問的數據交互。此外，還要維護站點地址的管理，邏輯地址和物理地址的映射等。

　　服務解釋器、服務映射管理及協議映射管理通過站點的邏輯地址判斷總線類型，查詢對象字典，完成應用接口子層的服務協議到具體總線應用層的服務協議之間的解釋和映射。

　　2.2 應用層通信模型

　　應用接口子層主要包括應用接口子層服務、協議數據及對象字典；協議接口子層主要包括服務映射管理、地址管理及協議映射管理，用以實現統一應用協議數據到具體總線應用層協議數據的轉換。具體總線應用層調用對應的數據鏈路層提供的服務，完成數據通信。應用層的通信模型如圖4所示。

圖4應用層通信模型

　　2.3 應用層狀態機

　　應用層在不同時刻可處于不同的運行狀態，應用層的操作可觸發狀態間的轉換，在不同的狀態下可提供不同的服務及操作。狀態機包括初始狀態、就緒狀態、異步連接狀態、同步連接狀態、連接釋放狀態、錯誤狀態和結束狀態。狀態問的轉換如圖5所示。

　　狀態說明：S0：初始狀態，設備裝置上電后站點的應用層初始狀態；S1：就緒狀態，站點初始化成功后等待建立連接的狀態；S2：異步連接狀態，在該狀態下可以提供異步傳輸服務；s3：同步連接狀態，在該狀態下既可以提供同步傳輸服務也可以提供異步傳輸服務；S4：連接釋放狀態，數據傳輸結束后連接斷開所進入的狀態；S5：錯誤狀態，運行過程中出現錯誤的狀態，在該狀態下不能提供傳輸服務；S6：結束狀態，服務關閉等待設備裝置下電的狀態。

　　操作說明：11D：執行初始化服務(無異常)；T1：執行初始化服務(異常)；他：執行異步連接服務(無異常)；T3：執行同步連接服務(無異常)；T4：執行連接服務(異常)；T5：執行同步／異步轉換服務(無異常)；T6：執行釋放連接服務(無異常)；”：發生異步傳輸錯誤；T8：發生同步錯誤；四：執行釋放連接服務(異常)；T10：執行結束處理；T11：執行恢復操作；T12：執行錯誤處理。

3 關鍵性技術及其解決方案

　　協議接口子層及應用接口子層的實現是設計的關鍵，需要解決以下幾個主要問題：總線站點地址的一致性；應用層協議數據格式的一致性；參數單位的一致性；總線配置結構的一致性和服務接口的一致性。下面對這幾個問題進行分析，并給出詳細的解決方案。

　　3.1 統一的站點地址設計

　　各個總線的站點地址不同，如M3站點的物理地址為16位，EtherCAT站點的物理地址為48位。為使各總線有統一的站點地址，系統對站點設備采用統一編址。所有現場網絡中的站點都有統一的邏輯地址。每個總線上的站點都可以使用統一的邏輯地址進行通信。統一的站點邏輯地址格式如圖6所示。

圖6統一的站點邏輯地址

　　邏輯地址為32位，其首8位用來標識總線類型。如M3、NCSF、EtherCAT總線等；次8位用來標識設備類型，如標準伺服、高分辨率伺服、多軸伺服、主軸、I／O設備、傳感器、變頻器等；后16位用來標識站點。其中OxOOXXXXXX用來表示主站的邏輯地址。

　　為了兼顧各總線的物理地址的不同。物理地址設為48位，用來存放各總線站點的物理地址。當數據鏈路層用到物理地址時．對其進行截取變換成相應總線站點的物理地址。系統維護站點邏輯地址和物理地址的一一對應關系。

　　3.2 統一的應用層協議數據格式

　　不同總線的應用層協議數據格式差別較大，在此，定義一種統一的應用層協議數據報文格式。當向底層傳輸數據發生協議映射時。只需將其映射為具體總線的應用層協議數據格式。當底層有數據上傳時，只需將具體總線的應用層協議數據報文封裝成統一的應用層協議數據報文。如圖7所示。目的標識代表了接收站點的邏輯地址，源標識代表了發送站點的邏輯地址。長度代表了有效數據的長度，單位為字節。A／S用于標識同步(A／S=1)或異步(A／S=0)。C／R用于標識命令(C／R=1)或應答(C／R=0)。