前言

  DeviceNet现场总线是由美国Rockwell公司开发，并由ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）公益组织维护升级的一种工业通讯系统。DeviceNet的底层通讯基于成熟的CAN技术，具有较好的抗干扰能力和现场适应性，上层采用CIP通讯协议，可以将各种工业设备连接到总线，实现及时可靠的数据交换。

DeviceNet总线定义了产品间的互操作性，保证了众多供应商之间的产品可以互相联结交换数据，减少了配线和安装工业设备的成本和时间，同时标准的通讯协议还提供了各产品间强大的诊断功能，让系统的维护更简单易行。

DeviceNet是一种简单有效的现场级设备互联网络，大量应用于工厂自动化控制系统，如汽车生产线，机器人控制等，因此，开发DeviceNet接口可以提高设备的工业连网能力，将设备快速接入DeviceNet控制系统，提升产品的市场竞争力。

1.  DeviceNet开发方案介绍

由于DeviceNet是一种先进的工业通讯网络，因此通讯协议也相当复杂，开发DeviceNet设备是一件很有挑战的工作。目前可行的方案分为如下几种，下面进行说明。

1.1  自行开发

自行开发DeviceNet接口可以先向ODVA组织购买协议，在充分阅读理解协议后，建立开发测试环境，并开始设计相关硬件和固件程序，随后进行测试，有条件时可以购买一致性测试工具，对所开发产品进行测试，通过一致性测试的产品，才具有较好的协议兼容性，可以上市销售。

此种方案基于对协议的阅读理解基础上从0开始开发，难度相当大，就算开发完成，也需要较长时间的测试及市场检验方能稳定运行，耗时耗力，如果总线产品对于公司来说是非主力产品，则不建议此种开发模式。

1.2  商业协议栈

对于很多企业来说，如果具有一定的开发能力，而产品的销量也比较大，则购买商业协议栈是一个不错的选择。一般的商业协议栈包括DeviceNet协议的功能源代码，需要用户自己开发好硬件平台，通过修改协议栈中的硬件相关部分代码，进行移植，大多数商业协议栈的供应商可以协助你进行移植（可能会收费）。

此种方案需要一次性购买协议栈源代码，费用较高，但后面的产品出货不会再产生成本，对于企业规模较大，且产品出货数量大的公司比较合适。

1.3  嵌入式模块

对于规模小，出货零散的公司来说，嵌入式模块是一种快速实现DeviceNet接口的方式，嵌入式模块将DeviceNet协议集成到一颗芯片，并已经将芯片运行周边必须的硬件元件设计好，封装成一个模式，用户只需要使用简单的串口通讯对模块进行必要的参数设置，就可以启动模块进行总线通讯。

嵌入式模块的单体成本相对较高，因此适合出货量小，但对成本要求不高的场合。

1.4  专用芯片

与嵌入式模块相对，专用芯片的成本将会低很多。DeviceNet专用芯片将协议集成到一颗芯片内，用户根据芯片厂家的参考电路自行设计硬件，将芯片运行必须的周边元件一起设计到自己的电路板上，未来生产时，只需要购买专用芯片即可。

专用芯片在让用户快速实现总线接口的同时，能大大降低单体采购成本，功能与嵌入式模块相同，是出货量在中小规模的公司首选的总线接口实现方式。

本文重点介绍使用Wisgem的IC1220从站芯片实现DeviceNet接口的方法。

2.  IC1220从站芯片介绍

IC1220芯片是上海智曜（WISGEM）推出的一款DeviceNet从站芯片，较小的封装非常容易集成到用户的电路板上，同时厂家提供了完整的参考电路，以保证用户设计的DeviceNet接口满足协议的物理层要求。

IC1220芯片规格如下：

IC1220芯片集成了DeviceNet Group 2 only连接协议，可以与主站建立连接并交换数据，MIF接口和SCI接口是异步串行接口，可以通过单片机的UART口，使用Modbus协议与IC1220芯片进行通讯，对芯片的参数进行设置，并启动芯片运行。SSC接口是同步串行接口，可以连接外部移位寄存器，如HC595，HC165等，自动实现数字量输入输出功能。

IC1220外观如下图所示：

IC1220采用LQFP48封装，其引脚定义如下图：

3.  从站设计

使用IC1220来设计一个DeviceNet从站产品，用户不需要过多的了解DeviceNet协议相关的内容，只要了解一些基础信息即可，如波特率，站号，IO数据长度等。用户可以选择任何一款带UART串口的单片机或ARM等，即可实现从站功能。

3.1  硬件设计

单片机与IC1220芯片的连接如下：

由上图可知，一般单片机可以使用UART异步串口与IC1220的SCI接口连接，因为SCI接口即可以实现参数配置，也可以实现总线IO数据交换，使用比较方便。对于DeviceNet接口设计，IC1220芯片内置了CAN模块，用户只需要参考厂商提供的参考电路，就可以轻松实现CAN驱动电路，CAN的驱动电路也就是DeviceNet总线的接口电路，可以设计成隔离的，也可以是非隔离的。

另外，DeviceNet从站通常使用一个8位DIP开关来设置站号和波特率，也可以使用2个旋转开关，同时还有两颗红绿双色指示灯MS和NS，IC1220芯片集成了开关和LED灯的输出功能，用户只需要使用芯片的SSC接口，外接一颗HC165连接8位开关，一颗HC595连接MS和NS灯，IC1220就可以自动读取开关值来设置总线站号和波特率，同时也能自动输出LED状态，用户不需要再设计程序去处理这部分。

如果条件允许，可以在芯片的RUN脚位上接一颗LED，如果灯亮，表示芯片启动成功，处于运行状态。

关于详细的电路设计，可以参考厂商提供的参考电路。

3.2  软件设计

由于IC1220芯片完全集成了DeviceNet从站协议，在此芯片基础上开发，软件部分的设计将非常简单，只要通过Modbus协议，设置一些必要的参数，并将芯片启动，就可以实现DeviceNet通讯，剩下的工作，就是从IO数据区读出主站送来的数据，并根据设备的需要处理这些数据，同时将从站要送回主站的数据写入IO数据区，芯片就会自动将数据回传给主站，这样就实现了一个完整的DevieNet从站功能。

IC1220的参数使用Modbus命令来读写，关于Modbus命令的详细介绍，网络上有丰富的文章，这里就不再详细说明。SCI接口默认的通讯速率为4800bps，通讯协议为 <8，N,1>，波特率可以自动侦测，站号默认为1。

一般的DeviceNet从站，用户只需要设置如下几个参数即可。本例假设用户开发的从站与主站的IO数据交换长度都为4字节，即主站到从站的输出数据长度为4字节，从站到主站的输入数据长度也为4字节。

1）将4写入6001，设定输出IO长度总长

  发送：010660010004C7C9 接收：010660010004C7C9

2）将4写入601C，设定SCI输出长度(主站->从站)

  发送：0106601C000457CF 接收：0106601C000457CF

3）将4写入6007，设定SCI输入IO长度(从站->主站)

  发送：01066007000427C8 接收：01066007000427C8

4) 将4写入7002，设置从在DeviceNet网络上的站号为4，如果使用SSC连接8位开关则此步忽略

  发送：0106700200043309 接收：0106700200043309

5）将1写入7005，设置波特率为250Kbps，如果使用SSC连接8位开关则此步忽略

  发送：01067005000142CB 接收：01067005000142CB

6）将1写入5001，启动从站芯片

  发送：01065001000108CA 接收：01065001000108CA

需要说明的是，如果用户按3.1节的连接方式，将8位开关连接到SSC接口，则从站的DeviceNet站号和波特率由开关设定，可以忽略上述步骤中的第4）和5）步。执行完上述步骤中的第6）步后，IC1220芯片将会启动，自动初始化DeviceNet相关的参数，如果用户将NS和MS灯连接到SSC接口，则此时芯片会自动输出LED状态，以指示总线运行状态。同时，如果在芯片RUN脚位上连接了LED，则此时LED会常亮，表示芯片已经成功启动并正在运行。

芯片启动运行后，会启动DeviceNet通讯功能，此时会等待主站的连接命令，并与主站进行连接，如果成功与主站建立起连接，则NS和MS灯都会亮绿灯，表示主从站通讯正常，此时可以使用Modbus命令与芯片交换IO数据。

单片机可以使用下面的命令与芯片交换IO数据：

7）读取主站->从站的IO数据

发送：010310000002C0CB 接收：010304112233444BC6

由于本例中，主从站间交换的输入输出数据都是4字节，因此主站发给从站的数据，将存入地址1000H开始的寄存器，故读取1000H地址，长度是2个字，就可以读到4字节的IO输出数据，从接收的数据包中可以得出，主站传送的4字节数据为11 22 33 44

8）写入从站->主站的IO数据

发送：011000000002045566778825EA，接收01100000000241C8

从站回传给主站的数据也是4字节，将存入地址0000H开始的寄存器，故从站要回传主站的数据，必须写入0000H地址开始的寄存器，长度是2个字，本例写入的数据为5566H和7788H。

单片机重复第7）和8）步，就可以不断的与芯片交换总线数据，从而实现主站对从站的控制与监视，实现设备的DeviceNet通讯功能。

至此，基于IC1220从站芯片的DeviceNet产品开发完成。

4.  总结

IC1220从站芯片高度集成了DeviceNet从站通讯协议，将复杂的总线协议固化在芯片内，再提供简单易用的串行接口，采用工业控制中最普遍的Modbus协议，简单的设置几个相关参数后，即可以启动DeviceNet功能，并实时交换数据，快速实现设备的DeviceNet通讯接口开发，短时间就能让产品走向市场，提升产品的市场竞争力。因此，在DeviceNet总线产品开发中，这是一颗非常值得推荐的芯片。