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2023-11-23
BACnet-MS/TP协议在MCU中实现的软件框架
【摘要】：可以使用多种方式来实现BACnet-MS／TP协议的软件编程，下面是一个在MCU中实现BACnet-MS／TP协议的软件结构框架。DDC中的协议栈软件结构中最复杂的是应用层模块，包含BACnet对象模块、基本数据类型模块、APDU解析／分发模块和APDU组装模块。服务解析模块对APDU的信息进行解码，并根据需要与DDC中的BACnet对象进行交互。使用以上MS／TP协议软件结构框架，可以解决BACnet控制器的通信功能。
可以使用多种方式来实现BACnet-MS／TP协议的软件编程，下面是一个在MCU（Micro Con-trol Unit，微控制单元）中实现BACnet-MS／TP协议的软件结构框架。
完整的协议栈软件自上而下的结构是：应用层模块→对象模块→服务模块→基本数据类型模块→数据链路层（MS／TP）模块→网络层接口模块。
DDC中的协议栈软件结构中最复杂的是应用层模块，包含BACnet对象模块、基本数据类型模块、APDU解析／分发模块和APDU组装模块。
1.应用层模块
如前所述，BACnet协议为了节约软硬件开销简化了层次结构，使得BACnet应用层涵盖了开放系统互联参考模型（OSI）中会话层、表示层和应用层的功能。BACnet应用层模块是BACnet应用软件的基础，它实现BACnet协议应用层内容，负责提供工作站的各功能模块与物理设备直接的通信服务。根据应用层的功能分析，可以将应用层划分为如下模块：对象模块、服务模块、基本数据类型模块。
（1）对象模块
对象模块定义了BACnet对象。BACnet对象按其功能可分为两类：一类是采集数据的对象，如模拟输入／输出对象，这类对象需要访问设备硬件；另一类对象是在采集的数据基础上完成复杂功能，如环对象以及其他实现报警事件功能的对象，这类对象不需访问硬件。另外，某些对象的属性（如趋势登录对象的缓存器大小属性）需要设备厂商根据DDC型号进行初始配置，协议栈提供对这些属性的配置函数接口。
（2）服务模块
服务模块用于处理报文的分发、解析和组装。对于从网络层上来的APDU，服务模块根据APDU的类型和服务选择参数，调用相应的服务解析模块。服务解析模块对APDU的信息进行解码，并根据需要与DDC中的BACnet对象进行交互。另一方面，DDC会发出响应报文（如读属性响应），或者主动发出某些报文（如事件与报警服务），因此服务模块还提供服务报文组装的函数接口。
（3）基本数据类型模块
基本数据类型模块是一个工具类库，包含对基本数据类型的定义及其编、解码函数。BACnet包含13种应用数据类型以及其他基本数据类型。BACnet应用数据类型可以直接进行编、解码。BACnet基本数据类型对应着ASN.1中的复合数据类型，它是由BACnet应用数据类型配合标记按照一定的结构组合而成的。因此，基本数据类型的编／解码实际上是按一定的规则调用应用数据类型以及标记的编／解码方法来实现的。
2.网络层模块
对于DDC来说，网络层向应用层提供一个不确认的无连接数据单元传输服务。网络层与应用层交互的服务原语是网络层数据单元请求（N-UNITDATA.request）和网络层数据单元指示（N-UNITDATA.indication）。其原语参数如下：
N-UNITDATA.request（destination address，data，network priority，data expecting reply）
N-UNITDATA.indication（source address，destination address，data，network priority，data ex-pecting reply）
DDC收到来自链路层数据，解析出相应的地址信息，并把地址信息和APDU绑定起来存放到一个结构中传送给应用层，这样当应用层需要回复报文时可以得到目标地址。
3.数据链路层（MS／TP）模块
MS／TP是一个主从／令牌传递的数据链路协议，物理层采用RS-485半双工通信标准。MS／TP层包含两个状态机，分别是主节点状态机和接收帧状态机；接收帧状态机负责帧的接收，如是数据帧则调用网络层接口上传给网络层，主节点状态机负责帧（包括数据帧和控制帧）的发送。两个状态机分时实现，根据两者之间的关系，接收帧状态机可放在主节点状态机中统一调度。BACnet数据链路层模块中的接收模块实现接收帧状态机；发送模块实现主节点状态机；串口控制模块实现串口驱动与收发控制，串口读写采用中断方式。
4.网络层接口模块
网络层接口模块定义接口及接口函数调用模块，使用服务原语DL UNITDATA.request和DL UNITDATA.indication来实现。
使用以上MS／TP协议软件结构框架，可以解决BACnet控制器的通信功能。解决方案具有极大地多样化特点，这仅仅是其中的一个方案而已。
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