Информация & документация

Сетевой интерфейс MicroLAN
Концепция
Сеть MicroLAN использует архитектуру с одним ведущим шины и многочисленными ведомыми. Однако используя специальные методы исключения конфликтов на шине возможна работа с несколькими ведущими.

Архитектура
Сеть MicroLAN не ограничена заранее предопределенной структурой. В небольших конфигурациях она представляет из себя шинную структуру, с подключением всех приборов на одну общую магистраль. При более сложной конфигурации структура сети может видоизмениться в древовидную. Отдельные ветви могут отходить от общей магистрали, в свою очередь они могут ветвиться далее и далее. Все ветви могут подключаться к сети или отключаться от нее с помощью адресуемых ключей. Ветвление любого уровня может динамически изменяться в работающей сети.

Интерфейс
Сеть MicroLAN основывается на использовании дешевого, легко доступного телефонного кабеля с витыми парами. Для прокладки сети не требуется никакого специального оборудования. Для удобства выпускается специальный ассортимент кабелей, соединителей, интерфейсных карт, предназначенных для быстрой установки и работы в составе сети MicroLAN.

MicroLAN использует стандартные КМОП/ТТЛ логические уровни. Напряжение ниже 0.8 В соответствует логическому НИЗКОМУ уровню, а напряжение выше 2.2 В является ВЫСОКИМ логическим уровнем. Сеть использует рабочее напряжение питания 2.8 ... 6.0 В. Приборы MicroLAN могут использовать режим питания от линии связи.

Скорость передачи данных по сети была оптимизирована для условий работы на больших расстояниях, простоты интерфейса и использования дешевых и широко распространенных компонентов. Скорость передачи данных 16300 bps достаточна для того, чтобы обеспечить адресацию узла и начать передачу данных за время менее 7 мс. Скорость передачи данных по сети может быть уменьшена до любой необходимой величины путем введения задержки между передачей отдельных битов данных.

Протокол работы MicroLAN специально предназначен для упрощения электрического интерфейса и наиболее широкой поддержки существующим коммуникационным оборудованием. Любой промышленный контроллер, такой как 8051, работающий на тактовой частоте более 1.8 МГц, а также любой последовательный порт RS232, может легко поддерживать протокол обмена MicroLAN.



Адресация
С адресным пространством 2e56 сеть MicroLAN перекрывает все существующие сетевые стандарты. Благодаря встроенному сетевому контроллеру, все приборы MicroLAN пригодны для использования в сети с момента своего выпуска. При производстве гарантируется уникальность сетевого адреса для каждого выпускаемого прибора. В сети MicroLAN не существует опасности конфликта сетевых адресов и недостаточности адресного пространства.

Условный поиск
Стандарт MicroLAN обеспечивает выполнение команды поиска, предназначенной для обнаружения используемых в сети адресов со скоростью 75 узлов сети в секунду. Для исключения приборов не генерирующих немедленный ответ во время процесса поиска используется команда Условного поиска. Эта специальная команда используется для идентификации и адресации приборов сигнализирующих о выполнении определенного условия, таких как таймеры/счетчики (DS1994), сигнализатоты температуры (DS1820, DS1920) и датчики состояния (DS2405).

1-ПРОВОДНОЙ ИНТЕРФЕЙС MicroLAN

Общие свойства
Сеть MicroLAN основывается на использовании интерфейса 1-проводной шины, который впервые был применен для обслуживания Touch Memory, микросхемы расположенной внутри корпуса из нержавеющей стали. Электрический интерфейс был сведен к абсолютному минимуму, тоесть к одной линии данных и общему проводу. Параллельное подключение к проводнику нескольких микросхем с интерфейсом MicroLAN и присоединение этого проводника к компьютеру и образует сеть MicroLAN.

Все приборы 1-проводной шины - самотактируемые кремниевые устройства. Логика обработки временных интервалов основывается на измерении и генерировании цифровых импульсов различной длительности. Передача данных асинхронная и полудуплексная. Данные могут интерпретироваться как команды (в соответствии с заранее определенным форматом) которые сравниваются с информацией, уже сохраненной в приборе, для принятия решения, или могут быть просто сохранены для последующего использования. Все устройства в сети считаются ведомыми, в то время как управляющий сетью компьютер считается ведущим. Это позволяет избежать конфликтов, связанных с работой на общей шине нескольких ведущих. Кроме того построение выходного устройства всех микросхем на основе полевого транзистора с открытым стоком, совместно с используемым алгоритмом работы приборов позволяют разрешить все конфликты, связанные с одновременной работой на шине нескольких ведомых устройств.

Параметры по постоянному току
Приборы MicroLAN используют конфигурацию с открытым стоком при значении напряжения питания от 2.8 В (минимальное напряжение питания) до 6 В (максимальное напряжение питания). Любое напряжение, превышающее 2.2 В, рассматривается как логическая 1 или ВЫСОКИЙ уровень, а напряжение ниже 0.8 В считается логическим 0 или НИЗКИМ уровнем. Напряжение питания должно составлять минимум 2.8 В для того, чтобы зарядить внутренний конденсатор, обеспечивающий питание прибора при НИЗКОМ уровне напряжения шины. Номинал конденсатора питания составляет приблизительно 800 пФ. Эта емкость заряжается на протяжении короткого промежутка времени, когда подается питание MicroLAN. После этого требуется только небольшая подзарядка конденсатора для восстановления полного заряда.

Временные параметры
Временные соотношения в сети MicroLAN определены относительно временных интервалов. Поскольку форма падающего фронта в системах с открытым стоком менее подвержена влиянию емкости нагрузки, то для синхронизации работы всех приборов MicroLAN используется именно падающий фронт. Для обеспечения максимальной надежности чтения данных и команд, чтение осуществляется в середине временного интервала передачи данных. По определению активная часть временного интервала 1-проводной шины (tSLOT) составляет 60 мкс. После окончания активной части временного интервала требуется освобождение линии, чтобы напряжение на ней по крайней мере на 1 мкс превысило пороговый уровень 2.8 В, что необходимо для зарядки внутренних конденсаторов питания приборов на шине.

При номинальных условиях, приборы MicroLAN определяют состояние линии через 30 мкс после падающего фронта. Внутренний временной масштаб приборов может отклоняться от номинальной величины. Допустимый диапазон отклонения составляет от 15 мкс до 60 мкс. Это означает, что фактически выборка может осуществляться ведомомым устройством где-нибудь между 15 мкс и 60 мкс после синхнонизирующего фронта. В течение этого временного интервала напряжение на шине данных должно оставаться ниже VIL MAX или выше VIH MIN.

Временные интервалы записи
В 1-проводной системе значения логического 0 и логической 1 представлены импульсами различной длительности. Это объясняет форму временных диаграмм записи 1 и записи 0, необходимых для записи команд или данных в приборы.



Продолжительность НИЗКОГО уровня импульса записи 1 (tLOW1) должна быть короче 15 мкс; для записи 0 продолжительность НИЗКОГО уровня импульса (tLOW0) должна быть по крайней мере 60 мкс, чтобы гарантировать правильность записи в самом плохом случае.

Продолжительность активной части временного интервала может быть продлена свыше 60 мкс. Максимальная длительность ограничена тем, что импульс НИЗКОГО уровня продолжительностью по крайней мере восемь активных временных интервалов (480 мкс) определен как Импульс сброса. Допуская тоже самое максимальное отношение допустимого разброса временных интервалов, импульс НИЗКОГО уровня длительностью 120 мкс может оказаться достаточным для сброса.



Это ограничивает максимальную продолжительность активной части временного интервала записи 0 величиной 120 мкс, чтобы предотвратить неверное истолкование импульса в качестве Импульса сброса.

В конце активной части каждого временного интервала для приборов MicroLAN требуется время восстановления tREC длительностью минимум 1 мкс, чтобы приготовиться к следующему биту. Это время восстановления может быть расценено как неактивная часть временного интервала и должно быть прибавлено к продолжительности активной части, чтобы получить время, требуемое для передачи одного бита. Широкий диапазон временных интервалов и некритичность к времени восстановления позволяют даже медленным микропроцессорам легко выполнить временные параметры для связи по 1-проводному интерфейсу.

Временные интервалы чтения
Команды и данные передаются в приборы MicroLAN, путем комбинации последовательности циклов записи 0 и записи 1. Для чтения данных ведущий шины должен генерировать последовательность циклов чтения, чтобы определить начало передачи каждого бита. С точки зрения ведущего шины, цикл чтения выглядит также, как и цикл записи 1. Используя в качестве стартового условия переход от ВЫСОКОГО уровня к НИЗКОМУ, ведомый прибор посылает один бит адресуемой информации. Если бит данных равен 1, прибор не предпринимает никаких действий на шине, оставляя импульс неизменным. Если бит данных равен 0, прибор MicroLAN сохраняет НИЗКИЙ уровень на шине данных в течение интервала времени tRDV, составляющего 15 мкс.



В этом временном интервале данные верны для чтения ведущим. Продолжительность tLOWR НИЗКОГО уровня импульса, посланного ведущим должна составлять минимум 1 мкс и быть как можно короче, чтобы максимум времени остался для измерения ведущим уровня ответного сигнала. Чтобы компенсировать емкость кабеля 1-проводной шины, ведущий должен детектировать состояние шины как можно ближе к 15 мкс после фронта синхронизации. После tRDV следует дополнительный временной интервал tRELEASE, после которого прибор MicroLAN освобождает 1-проводную шину, чтобы напряжение могло вернуться к уровню VPULLUP. Продолжительность tRELEASE может изменяться от 0 до 45 мкс, номинальная величина составляет 15 мкс.

Сброс и обнаружение присутствия на линии
Как упомянуто выше, протокол обмена по 1-проводной шине поддерживает также Импульс сброса. Этот импульс определен как одиночный импульс НИЗКОГО уровня минимальной продолжительностью в восемь временных интервалов (480 мкс) после которого следует ВЫСОКИЙ уровень импульса сброса tRSTH длительностью также 480 мкс. Это состояние ВЫСОКОГО уровня необходимо для того, чтобы приборы на шине MicroLAN могли генерировать Импульс присутствия.



В течение tRSTH никакая другая связь на 1-проводной шине не допускается. Импульс сброса предназначен, чтобы обеспечить стартовое условие, которое отменяет любой обмен на шине и возвращает все приборы на шине в исходное состояние. В системе с нестабильными электрическими контактами необходимо иметь средства перезапуска после нарушения контакта. В качестве такого средства и служит Импульс сброса. Если ведущий шины посылает Импульс сброса, то прибор MicroLAN ожидает в течение времени tPDH, и затем генерирует Импульс присутствия продолжительностью tPDL. Это позволяет ведущему легко определить, находится ли на шине хоть один прибор. Кроме того, если несколько приборов включены параллельно, ведущий может измерить оба интервала времени и таким образом получить информацию о разбросе временных параметров всех приборов на шине.

Импульс присутствия может служить также в качестве источника аппаратного прерывания. Отключение прибора от шины равносильно сбросу неопределенной продолжительности. Как только прибор снова подключается к шине и обнаруживает высокий уровень на шине данных, он генерирует Импульс присутствия. Эта особенность может использоваться для генерации прерывания при подключении на шину каждого нового устройства.

Обмен на шине начинается либо с генерации ведущим шины импульса сброса, либо с подключения прибора на шину MicroLAN. Как было показано выше, оба этих случая приводят к генерации прибором Импульса присутствия. Импульс присутствия указывает ведущему, что на шине MicroLAN присутствует прибор, идентификационный номер которого может быть прочитан ведущим. После этого ведущий шины передает ведомому команду. Далее, в зависимости от команды, ведущий либо читает данные, либо записывает.

ЛОГИКА РАБОТЫ СЕТИ MicroLAN
Все приборы, предназначенные для работы на шине MicroLAN, содержат встроенный сетевой контроллер, позволяющий многочисленным приборам работать в составе общей сети. Это позволяет построить распределенную систему сбора и хранения информации, использующую только одну общую линию данных к ведущему шины.

Любая сеть всегда требует наличия идентификационных номеров всех узлов в пределах сети. Все микросхемы MicroLAN содержат область ПЗУ в которой записан уникальный для каждой микросхемы регистрационный номер, который удобно использовать в качестве идентификатора узла. Пользователю не нужно волноваться относительно возможности конфликта идентификаторов узлов, тка как производителем гарантируется невозможность выпуска двух микросхем с одинаковым серийным номером. Кроме того построение выходного устройства микросхем на основе транзистора с открытым стоком позволяет избежать потенциальных проблем, если происходит какой-либо конфликт на шине. Фактически, 1-проводной интерфейс действительно является 1-проводной сетью MicroLAN со всем необходимым для раборы в сети с одним ведущим и многочисленными ведомыми.



Рассмотрим теперь логику работы приборов на шине MicroLAN. Протокол работы приборов MicroLAN представляет из себя многоуровневую структуру, каждый из уровней которой предназначен для выполнения определенных функций. Рассмотрим первые четыре уровня этой структуры, определяющие работу приборов на шине MicroLAN. Оставшиеся уровни определяют структуру файловой системы микросхем памяти и конкретное применение микросхем в пользовательской системе и не будут рассматриваться в данной статье.

Физический уровень
Этот уровень определяет электрические характеристики, логические уровни напряжений и общие временные параметры протокола обмена на шине MicroLAN. Подробности работы приборов на физическом уровне приведены в разделах "Параметры по постоянному току" и "Временные параметры". Как Физический уровень влияет на интерфейс компьютера или микроконтроллера показано в разделе "Работа с последовательным интерфейсом".

Уровень связи
Этот уровень определяет основные функции связи на шине MicroLAN. Он обеспечивает функции Сброса, Обнаружения присутствия и передачи бита данных. Прдробности аппаратных средств приборов MicroLAN представлены в разделе "Временные параметры". После передачи Импульса присутствия, связь на шине MicroLAN переходит на Сетевой уровень.

Сетевой уровень
Этот уровень обеспечивает идентификацию приборов MicroLAN и связанных с ними возможностей сети. Каждый прибор, предназначенный для работы в составе сети MicroLAN содержит страницу данных, необходимую для идентификации прибора, и называемую областью ПЗУ. В эту область при производстве микросхемы записывается с помощью лазерного луча уникальный для каждой микросхемы серийный номер. Занесение этого кода очень строго контролируется в процессе производства, и фирма Dallas Semiconductor гарантирует уникальность серийного номера для каждой микросхемы. Поэтому именно значение серийного номера используется для идентификации прибора в составе сени и для управления доступом к отдельным приборам. Кроме серийного номера в область ПЗУ заносится групповой код, отражающий функциональное назначение микросхемы и контрольная сумма всех данных в области ПЗУ.

Из-за использования области ПЗУ для идентификации и адресации отдельных приборов в сети, все команды, которые относятся к сетевому уровню также названы командами ПЗУ. За исключением DS1990A, все приборы MicoLAN поддерживают все команды Сетевого уровня. DS1990A поддерживает только команды Чтение ПЗУ и Поиск ПЗУ. Команды Пропуск ПЗУ и Совпадение ПЗУ в этом приборе не поддерживаются, так как в нем не имеется больше никакой памяти, требующей доступа. При подаче этих команд на DS1990A, не будет предпринято никаких дальнейших действий на 1-проводной шине. Краткий обзор команд сетевого уровня приведен в следующей таблице:

Таблица 1. Команды сетевого уровня

Команда Код Краткое назначение команды
Чтение ПЗУ 33h Идентификация прибора
Обнаружение приборов, включенных на шине параллельно
0Fh Для прибора DS1990A этот код используется вместо 33h
Пропуск ПЗУ CCh Пропуск адресации, если на шине подключен только один прибор
Одновременная связь со всеми приборами на шине, например для форматирования памяти или копирования данных из одного прибора во все остальные. Обычно требует подключения на шину только однотипных приборов.
Совпадение ПЗУ 55h Адресация только одного прибора, среди нескольких подключенных на шину
Поиск ПЗУ F0h Получение серийных номеров (служащих адресами приборов в сети) всех приборов на шине MicroLAN
Получение серийного номера одного прибора на шине и одновременная его адресация

Для осуществления чтения ПЗУ предпочтительнее использовать команду Поиск ПЗУ, а не Чтение ПЗУ. Команда Поиск ПЗУ хорошо согласуется с работой на шине многочисленных приборов. После чтения ПЗУ, прежде чем продолжить связь, должна быть выполнена проверка контрольной суммы. Использование команды Поиск ПЗУ подробно описано в разделе "Последовательность выполнения команд на шине MicroLAN". После посылки любой команды ПЗУ и передачи и приема требуемых данных происходит переход на Транспортный уровень. Если это не желательно, то Импульсом Сброса можно возвратить систему на Сетевой уровень.

Транспортный уровень
Этот уровень ответственен за передачу данных между всеми областями памяти устройств MicroLAN (кроме области ПЗУ) и ведущим шины, и за перемещения данных из области блокнотной памяти на окончательное место в памяти. Работа некоторых устройств на транспортном уровне отличается от остальных. Такими устройствами являются цифровые термометры DS1820, DS1920 и адресуемые ключи DS2405, DS2407, поскольку они не являются типичными устройствами памяти. Все микросхемы энергонезависимой памяти поддерживают выполнение команд Чтение памяти (Чтение подключа в случае DS1991). Запись блокнотной памяти, Чтение блокнотной памяти и Копирование блокнотной памяти. Из-за специфической области применения DS1991 также поддерживает команды Запись подключа и Запись пароля. DS1991 использует свои командные слова, способы адресации и размеры страниц памяти. По этой причине она не полностью совместима на транспортном уровне. Благодаря отличающейся технологии микросхемы памяти с однократным программированием также требуют другой структуры системы команд на транспортном уровне. Однако обеспечивается совместимость для команды Чтение памяти. Следующий краткий обзор включает команды транспортного уровня:

Таблица 2. Команды транспортного уровня

Команда Код Краткое назначение команды
Чтение памяти F0h Чтение одного или нескольких последовательных байт с одной или нескольких последовательных страниц памяти начиная с заданного адреса
Расширенное чтение памяти A5h Только для приборов с однократной записью. Чтение байта переадресации, после которого следует инверсное значение контрольной суммы. После этого передаются последовательные байты данных, начиная с любого места области памяти. В конце страницы передается инверсное значение контрольной суммы предыдущих байтов. При продолжении чтения передается аналогичная последовательность байтов данных для следующей страницы.
Чтение подключа 66h Только для микросхемы DS1991. Чтение одного или нескольких последовательных байтов данных из области страницы шифрованной памяти.
Запись блокнотной памяти 0Fh Только для микросхем энергонезависимой памяти. Передача адреса окончательного хранения данных и для записи 32 последовательных байтов данных в блокнотную память.
96h Только для микросхемы DS1991. Запись одного или нескольких последовательных байтов данных в блокнотную память.
Чтение блокнотной памяти AAh Только для микросхем энергонезависимой памяти. Чтение адреса назначения и байтов данных, предварительно записанных в блокнотную память. После адреса назначения передается байт состояния, три бита которого устанавливаются, соответственно, пре переполнении блокнотной памяти, передаче неполного байта и после копирования содержимого блокнотной памяти в область рабочей памяти.
69h Только для микросхемы DS1991. Чтение одного или нескольких последовательных байтов из области блокнотной памяти.
Копирование блокнотной памяти 55h Только для микросхем энергонезависимой памяти. Копирует данные из области блокнотной памяти в область памяти данных. Необходимо произвести чтение блокнотной памяти перед подачей команды и передачей 3-х байтного кода разрешения доступа, необходимого после команды копирования.
3Ch Только для микросхемы DS1991. Копирует содержимое либо всей блокнотной памяти либо одного 8-байтного сегмента в область одной шифрованной страницы памяти. Копируемая область блокнотной памяти автоматически очищается после завершения команды копирования. Команда требует обязательного пароля для шифровки данных.
Запись подключа 99h Только для микросхемы DS1991. Запись одного или нескольких последовательных байт в область шифрованной страницы памяти. Если во время передачи данных будет нарушен электрический контакт, то данные могут быть зашифрованы неправильно. Поэтому рекомендуется записывать данные через область блокнотной памяти.
Запись пароля 5Ah Только для микросхемы DS1991. Команда записи идентификатора данных и пароля. Команда автоматически стирает страницу шифрованных данных. Новые значения пароля или идентификатора должны быть записаны в блокнотную память, проверены и затем скопированы на окончательное место.
Запись памяти 0Fh Только для микросхем ЭППЗУ. Команда предназначена для передачи, проверки и копирования одного или нескольких последовательных байтов данных в область памяти данных.
Запись состояния 55h Только для микросхем ЭППЗУ. Команда предназначена для передачи, проверки и копирования одного или нескольких последовательных байтов состояния в область памяти состояния.
Чтение состояния AAh Только для микросхем ЭППЗУ. Чтение одного или нескольких последовательных байтов, начиная с любого стартового адреса в области памяти состояния. В конце каждой страницы следует передача контрольной суммы.

Последовательность выполнения команд на шине MicroLAN
Любой цикл обмена данными на шине MicroLAN начинается с передачи ведущим шины Импульса Сброса. Этот импульс вызывает также немедленное прекрацение любого обмена, идущего на шине, и вывода всех микросхем на шине из состояния ожидания. Как было показано выше, отключение прибора от шины эквивалентно подаче Импульса Сброса неограниченной продолжительности. Последовательность действий прибора MicroLAN после подключения к шине полностью аналогична последовательности действий после получения Импульса Сброса








Hosted by uCoz