基于IEC 1158标准的现场总线芯片设计
2022年电子技术应用第4期
张立国1，刘 强1，严 伟2，李福昆1，吴鹏飞2，王 博2
1.燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛066000；2.北京大学 软件与微电子学院，北京100871
摘要： 介绍了一种符合IEC 1158标准物理层现场总线芯片架构及其设计实现。芯片设计有曼彻斯特(Manchester)编解码电路、循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)电路、载波侦测电路、极性纠正电路等功能电路。内置高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface，AXI)电路作为与外置处理器的数据传输总线。完成了此芯片的全部RTL代码编写工作，进行了全面的时序仿真。并以ZYNQ-7015为硬件平台，进行了芯片功能测试，测试结果表明所设计的芯片达到了设计要求。
中图分类号： TN915.04；TN431.2
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211554
中文引用格式： 张立国，刘强，严伟，等. 基于IEC 1158标准的现场总线芯片设计[J].电子技术应用，2022，48(4)：18-23.
英文引用格式： Zhang Liguo，Liu Qiang，Yan Wei，et al. Design of fieldbus chip based on IEC 1158 standard[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：18-23.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211554
中文引用格式： 张立国，刘强，严伟，等. 基于IEC 1158标准的现场总线芯片设计[J].电子技术应用，2022，48(4)：18-23.
英文引用格式： Zhang Liguo，Liu Qiang，Yan Wei，et al. Design of fieldbus chip based on IEC 1158 standard[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：18-23.
Design of fieldbus chip based on IEC 1158 standard
Zhang Liguo1，Liu Qiang1，Yan Wei2，Li Fukun1，Wu Pengfei2，Wang Bo2
1.Institute of Electrical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao 066000，China； 2.School of Solftware & Microelectronics，Peking University，Beijing 100871，China
Abstract： This paper introduces a kind of physical layer fieldbus chip architecture and its implementation in accordance with IEC 1158 standard. The chip is designed with Manchester codec circuit, Cyclic Redundancy Check(CRC) verification circuit, carrier detection circuit, polarity correction circuit and other functional circuits. The high-speed interface circuit of Advanced eXtended Interface(AXI) is used as the data transmission bus with external processor. The task has completed the RTL code writing of this chip, and carried out a comprehensive time series simulation. The chip function test is carried out on ZYNQ-7015 as hardware platform. The test results show that the chip meets the design requirements.
Key words : fieldbus；IEC 1158；chip design
0 引言
现场总线(Field bus)是一种工业数据总线，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题[1-6]。
IEC 1158标准定义的现场总线通信模型由物理层、数据链路层、应用层、用户层四部分构成[7]。其中，物理层负责数据传输并可为现场设备供电，总线数据采用曼彻斯特编码技术进行编码[8-15]。本文所设计的现场总线芯片主要实现物理层功能以及部分数据链路层功能，实现现场设备与总线连接。并内置AXI4总线接口，实现与CPU高速、安全的数据交互。
目前已有的符合IEC1158标准的现场总线芯片有中科博微的FBC0409、美国Smar公司的FB3050、日本Yamaha公司的YTZ420等。但上述芯片均不具备协议扩展能力，仅能应用于符合IEC 1158标准的特定现场总线系统中，应用领域单一。且由于与CPU交互时均使用私有协议，导致通用性较差。此外，受私有协议带宽限制，以及这些私有协议不具备突发传输能力，导致芯片与CPU进行数据交互的时延较大。
本文详细内容请下载：http://www.chinaaet.com/resource/share/2000004046。
作者信息：
张立国1，刘 强1，严 伟2，李福昆1，吴鹏飞2，王 博2
(1.燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛066000；2.北京大学 软件与微电子学院，北京100871)
此内容为AET网站原创，未经授权禁止转载。