现场总线技术是上世纪80年代末发展起来的一种新的工业控制底层网络,已经成为控制网络的典型实现模式.基金会现场总线(FF)是IEC61158现场总线标准中的一员,主要用于仪表行业.现场总线协议复杂,因此现场总线产品的开发过程周期长,费用高,开发难度大,工作量大.系统设计平台化已经成为一种需要,目前,现场总线核心技术多掌握在国外一些大公司的手中,中国现场总线研究还处于起步阶段.实用的通用开发平台几乎没有,各个厂家均是按自己的需要,开发各自不同的产品,针对不同的仪表设计专用的硬件,重复性强,造成了不必要的浪费.该文首先简单阐述了现场总线的特点及其优点,分析了现场总线控制系统的优点,介绍了现场总线仪表的构成.然后根据基金会现场总线协议要求,详细分析了现场总线通用开发平台所需的硬件资源,提出一种开发设计方案,并根据需要,适当扩充了一些附加功能的开发,设计出一种基于USB接口的基金会现场总线通用硬件开发平台.在本次设计过程中,先后进行了开发平台的系统功能分析、硬件电路原理设计与调试、软件程序开发设计.作为通用开发平台,要求平台的功能尽可能全,因此,设计的难度也就加大了.本次设计的开发平台主要可以实现以下功能开发:实现FF现场总线协议栈的开发,即实现最基本的功能;支持FF现场总线SOC功能的开发初期的调试和验证;实现现场总线分析器功能的开发;实现现场总线仪表的开发.该文对FF现场总线硬件设计进行了比较全面和系统的研究,特别是讨论了现场总线仪表的核心器件——通讯圆卡的硬件设计方法,并给出了完整的电路构成图.在硬件设计过程中,详细分析了各个器件的选择原则,电路连接情况,以及在调试过程中应注意的问题等.在设计过程中,优先选择集成电路以提高系统的稳定性和可靠性.该开发平台以基于32位精简指令集架构的单片机AT91M42800A作为核心器件,支持在线编程;现场总线控制器选择专用集成电路FB3050,实现现场总线物理层和部分数据链路层功能;为支持开发平台与计算机的通讯,在开发平台上设计了USB接口电路;同时,设计了RS232接口电路用以实现开发平台与其它平台或系统的通讯.利用平台上的与FPGA的接口,可进行部分FF现场总线SOC开发,另外,在开发板上设计了按键、显示、时钟、复位等必需的外围电路.在电路设计过程中,考虑到开发平台要实现的功能尽可能多,并且注意到功耗问题,因此,整个开发平台的布局及组织的难度大大增加了.本次设计采用先进的ARM处理器和FB3050相结合设计圆卡,解决了ARM处理器和FB3050接口的驱动程序设计难题,并给出了完善的驱动程序,成为该文的一大亮点.本开发平台支持FF现场总线协议栈的开发,可移植嵌入式操作系统,还可通过USB接口与计算机进行通讯.利用USB接口可带电插拔、传输速度快的优点,可将总线上的数据通过USB接口传送到计算机上,在计算机上开发FF现场总线分析器软件,对现场总线上的数据流进行分析,解码,利用计算机显示屏进行滚动显示.在软件程序设计过程中,主要由以下几部分构成,一是USB接口程序设计,包括计算机上的应用软件程序设计、固化到程序存储器中的固件程序以及USB接口驱动程序设计,这是本次设计中的难点之一.二是通讯圆卡的接收部分程序调试,主要是从总线上将数据准确无误地接收后,存储到外部存储器中,这里有一个中断处理速度问题,该文也给出了解决方案.三是现场总线分析器中协议分析部分,工作量极大,同样也要求速度快,因此在调试软件过程中,还要协调USB和FB3050两个中断源,处理好中断.在开发设计现场总线分析器软件时,主要是分为两个部分来进行的,一是驻留在通讯圆卡的FLASH中的下位机软件设计,二是在计算机上应用Visual C++开发的显示及分析程序,二者通过USB接口进行通讯,由于USB设备不能做为通讯的主机,因此,每次传输数据都是从计算机开始的,增加了整个设计的难度.该文很好地解决了这一难题.本次设计首次将USB接口与现场总线圆卡相结合,是目前市场上所没有的,也成为本次设计的一个创新点.FF现场总线产品种类繁多,协议复杂,给产品的开发带来很大难度,该文根据现场总线协议要求进行了基于USB接口的FF现场总线通用开发平台的硬件设计,并在硬件平台的基础上进行了部分软件测试和设计,主要有以下几项:1)、现场总线数据的正确接收和发送;2)、实现开发平台与计算机之间通过USB接口进行通讯;3)、开发平台之间通过AT91M42800A的SPI口进行通讯,为测试部分FF现场总线SOC功能,进行了一系列对SPI口的操作,测试了SPI主模式和从模式,取得良好的效果;4)、通过JTAG接口,可以对FPGA在线下载程序;5)、现场总线数据链路层的软件调试;6)、现场总线分析器的调试.总之,现场总线技术的出现,为过程控制的实现带来了许多便利.现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网.智能化仪表代表着未来现场仪表的发展方向.开发平台的研发,有助于促进现场总线技术的推广,为现场总线控制系统的底层智能仪表开发提供理论和实践基础,从而为现场仪表的发展提供新的思路.关键词:基金会现场总线 USB接口 开发平台 现场总线分析器摘要基金会现场总线(FF)是IEC61158现场总线标准中的一员,主要用于仪表行业.目前,现场总线核心技术多掌握在国外一些大公司的手中,中国现场总线研究还处于起步阶段.该文首先简单阐述了现场总线的特点及其优点,分析了现场总线控制系统的优点,介绍了现场总线仪表的构成.然后根据基金会现场总线协议要求,详细分析了现场总线通用开发平台所需的硬件资源,提出一种开发设计方案,并根据需要,适当扩充了一些附加功能的开发,设计出一种基于USB接口的基金会现场总线通用硬件开发平台.在本次设计过程中,先后进行了开发平台的系统功能分析、硬件电路原理设计与调试、软件程序开发设计.在硬件设计过程中,详细分析了各个器件的选择原则,电路连接情况,以及在调试过程中应注意的问题等.在设计过程中,优先选择集成电路以提高系统的稳定性和可靠性.该开发平台以基于32位精简指令集架构的单片机AT91M42800A作为核心器件,支持在线编程;现场总线控制器选择专用集成电路FB3050,实现现场总线物理层和部分数据链路层功能;为支持开发平台与计算机的通讯,在开发平台上设计了USB接口电路;同时,设计了RS232接口电路用以实现开发平台与其它平台或系统的通讯.利用平台上与FPGA的接口,可进行部分FF现场总线SOC开发,另外,在开发板上设计了按键、显示、时钟、复位等必需的外围电路.本开发平台支持FF现场总线协议栈软件的开发,可移植嵌入式操作系统,还可通过USB接口与计算机进行通讯.在开发平台上开发设计了FF现场总线分析器软件,并通过实践检验,证明了开发平台设计是正确的.