基金会现场总线(FF)是IEC61158国际标准之一,是面向过程控制领域最先进的现场总线标准,对这一标准的研究已成为一个热点.FF现场总线协议把通讯和控制两大部分功能结合在一起,协议本身体系结构极其复杂.虽然FF现场总线协议本身是公开的,但它并不涉及协议实现,因此实现FF协议还有很多工作要做.以软硬件协同设计,IP核的生成和复用,超深亚微米技术为支撑的SOC设计技术受到计算机界和电子工程界的普遍关注,SOC设计方法在嵌入式系统中的应用是研究的热点.研究具有FF现场总线通讯栈功能的SOC把这两大热点结合起来,是一个很有发展前途和研究意义的研究方向.该文把FF现场总线SOC设计作为背景,重点讨论FF数据链路层的软硬件协同设计.该文主要内容如下:1数据链路层协议规范分析该文对数据链路层协议规范进行详细分析,重点讨论数据链路层支持的通讯关系,通讯过程中的状态流,差错控制,流量控制等内容.该文还对FF现场总线的实时性进行讨论,重点是数据链路层如何对FF通信网络的实时性要求进行支持.2数据链路层功能的实现该文采用传统软件设计方法和软硬件协同设计方法实现数据链路层功能.对于传统软件开发与实现,该文给出了具体数据结构声明方法和程序框架,讨论了软件实现中采用的用于提高软件执行效率,降低系统功耗的特殊方法,并对传统软件实现的指令特点和优缺点进行了分析;对数据链路层功能实现的软硬件划分和软硬件协同设计是本文的重要创新点,该文给出数据链路层软硬件协同设计的架构,讨论了架构中主要器件功能设计,核心器件CPU核选择和改进设计,CPU核外围电路设计等问题.该文对软硬件协同设计方法进行了性能评价,并对两种实现方法进行了比较.3数据链路层中调度问题的研究对数据链路层中调度问题的研究是本文一个专题,是对前面研究内容的扩展.该文重点讨论链路活动调度器的工作机理,并对链路活动调度器功能实现的特点进行分析,提出设计专用硬件电路实现链路活动调度器功能的方案.