嵌入式HART至Profibus协议转换网关设计与实现

　　1 引言

　　现场总线技术的发展极大地改变了企业控制系统的结构，它具有开放、分散、数字化、可互操作等特点，有利于企业自动化系统与信息管理系统的集成。然而目前国际上流行的现场总线协议有12种之多，异类现场总线系统之间的互操作难以进行，无法直接进行信息互访与交换。采用profinet工业以太网技术或opc 接口技术实现互操作只是在各系统主机间的通信，无法直接在彼此的现场仪表间进行，不符合系统的实时性要求。设计嵌入式现场总线协议转换网关可以集成不同的现场总线网络，使企业在升级控制系统时节省大量工程费用、优化控制网络，友好的人机界面和便捷的远程管理将使得嵌入式协议转换网关具有很强的竞争力和市场空间信息。

　　2 网络协议转换原理及方法

　　在结构复杂的分布式网络环境中，协议转换可解决协议的不兼容问题，实现不同网络用户的交互操作，在两个已知协议之间建立一个起调解作用的协议转换，它从一个协议接收信息，经翻译后送向另一个协议，协议转换的作用在于协调不兼容网络边界的信息交换。现场总线协议的转换可以通过设计协议网关的方法来实现，不同的现场总线设备间通过网关实现信息的映射与互访。目前常用的协议转换技术主要有3种。

　　2.1 业务级转换方法

　　业务级转换方法要求协议业务初始化，业务级转换中，两个协议的通信业务是相互关联的。假设n层以上的网络协议兼容，转换将在n层进行。网关由上升为转换级的两个协议级组成，它包括在(n)-业务级的业务接口适配器。在早期设计阶段，该方法不包括信息交换的协议数据单元顺序，图1表明了业务级转换的结构。

　　图1 通信业务中的业务级转换

　　业务级转换方法由于协议转换器与网络的相互作用严格限制在业务用户级，由于该方法不包括对协议级的处理，在转换过程中，转换器无法通过传送网络间的协议数据单元来创造功能。

　　2.2 协议级转换方法

　　在协议级或协议数据单元转换中，交互操作建立在协议级转换的基础上，网络协议n层以上的协议都是兼容的，协议数据单元的交换在n层上进行，网关在此交换期间明确其功能。该方法提供了更有效的转换，但规格太复杂，实施起来很困难，由于协议层转换忽略了对网络间业务用户级的所有处理，因此在行为上缺乏主动性，转换器只能在不兼容的协议间进行端到端的数据翻译与转换，无法在转换期间创建功能。图2表明了协议级转换的结构。

　　图2 通信业务中的协议级转换