摘　要：针对基金会现场总线的通信特点和要求，基于PCI接口和单片无线收发芯片nRF401，提出基于FF协议的无线PC接口卡的软硬件设计方案。根据该方案设计的无线PC接口卡，很好地解决了控制结点分布广、敷设通信线路困难的生产装置或有移动对象的工业现场的局部网络通信问题。
关键词：基金会现场总线；PCI；PC接口卡；无线收发芯片
0　引言　　
基金会现场总线(FF，Foundation FieldBus)是现场总线基金会为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的，它作为一种全数字信号的现场总线协议，在国际上获得了广泛的支持[1]。基金会现场总线支持多种传输介质，包括双绞线、电缆、光纤以及无线介质，目前应用较广泛的是前两种。但是，对于控制结点分布广、敷设通信线路困难的生产装置或者有移动对象的工业现场，则必须考虑以无线方式进行数据通信[2、3]。因此，开发基于FF协议的无线通信产品具有重大的现实意义。
1　基于FF协议的无线PC接口卡的硬件设计　　
基于FF现场总线协议的无线PC接口卡的基本功能是能够自主地与符合FF协议的无线通信设备进行通信。无线PC接口卡的总体结构框图如图 1所示，其硬件电路包括CPU与PC主机CPU的通信接口、CPU与通信控制器的硬件接口、通信控制器与数据缓冲存储器的接口、通信控制器与无线收发单元的接口等4个部分。其中双口RAM采用CY7C09449PV－AV芯片；CPU选用嵌入式控制中最常用的Intel80188CPU；通信控制器选用SMAR公司的FB3050；无线收发单元由单片无线收发芯片nRF401及其外围电路构成。

1.1　接口卡CPU与PC的接口
随着计算机技术的发展，PC总线日新月异。 PCISIG(Peripheral Component Interconnect Special Inter－est Group)因其具有32/64位宽度、最高传输率在64业标准结构)总线的趋势，考虑到当前需求及今后发展，在宿主总线的选择上采用PCI总线。硬件接口芯片为Cypress Semiconductor公司的PCI总线双口RAM。CY7C09449PV－AC是一款适于PCI2.2总线规范的功能完善、价格低廉的双端口RAM接口芯片，其中一个端口是PCI接口，适合与PC机通信，另一个端口是本地接口，适合与各类本地CPU通信，其总线通信时钟速率可达50MHz，两个端口均可以独立读/写静态存储器SRAM。其主要特点如下：①完全兼容PCI规范2.2版本；②128 k双向静态SRAM；③可作为主/从设备进行数据的传输，支持PCI突发方式工作及DMA操作；④具有I2O(Intelligent Input/Output)功能，当I2O单元工作时包含4组32位FIFO(FirstIn First Out)、中断寄存器及部分SRAM，其余SRAM用于一般存储目的；⑤支持3V、5V电压工作；⑥可通过I2O总线对芯片进行初始化设置，并把设置参数存于非易失性NVRAM中；⑦160脚扁平方形塑封[4]。
CY7C09449PV－AC可以采用总线仲裁加等待的方式，允许两边CPU在指令级共享SRAM，允许两边的CPU相互通过中断交换信息，还允许通过状态信号相互同步。在此采用状态寄存器及中断的方式进行通信握手并快速传递数据。
1.2　接口卡CPU与通信控制器FB3050的接口　　
FB3050是SMAR公司推出的第三代基金会现场总线通信控制器芯片，该芯片符合ISASP50－2－ 1992，PART2中所规定的现场物理层标准。FB3050芯片功能框图如图2所示。从图中可以看出FB3050通过3总线与CPU相连接，右边部分是FB3050输出的存储器总线，CPU和FB3050二者都能够通过存储器总线访问挂接在该总线上的存储器。下边部分是FB3050通过介质存取单元和现场总线网络相连接，中间部分是FB3050的内部功能块。FB3050的主要功能是实现总线上的信号驱动与接收、传输数据的串并行转换、串行数据的编码与解码、信息帧的打包和解包、帧校验序列的产生和验证等[5]。

FB3050的对外信号主要可分为如下4组：　　
①时钟和定时功能信号。3个输入分别用于FB3050的系统时钟、传输数据速率时钟以及规定FB3050的系统同步沿。一个125kHz输出信号供用户线路中使用。
②CPU接口信号。CPU接口信号线用于连接接口卡微处理器，包括16位地址线，8位数据线，可采用数据/地址复用方式连接，也可直接连接，当采用数据/地址复用方式连接时，低8位地址线PI－AD－DR[7∶0]接信号地，包括两条片选线，两条读写控制线，中断请求输出线；另外包括一条PO－READY线，可与微处理器的WAIT线连接，使得FB3050的DMA和CPU能够共享FB3050的局部存储器总线。
③存储器总线信号。本组信号是通过FB3050对CPU的地址总线进行变换后所产生的一组存储器总线，变换后的存储器总线增加了8条扩展存储器地址线，配合使用FB3050内部增加的段地址寄存器，使得存储器总线的寻址范围大大超出了原CPU的64KB容量，另外还输出6条可编程的片选信号。因此这组存储器总线和所挂接的存储器是CPU和FB3050共享的。
④现场总线接口信号。FB3050共有8条现场总线接口线，一条接