第5章 LonWorks智能控制网络
在互联网上对LONWORKS网络的控制

在互联网上对LONWORKS网络的控制王忠民蒋平王月娟(同济大学电气工程系上海 200092)[摘要] LOWORKS现场总线是应用广泛的新一代现场总线系统,具有网络协议开放,组网方式灵活,开发方便的特点。
利用DELPHI编程中的WebBroker技术可以较为方便地创建多应用的以HTML为基础的Web应用程序,以此实现通过网页浏览器访问、在INTERNET上实现对以Lonmanage DDE或LNS DDE为接口的LONWORKS网络监控。
[关键词] LONWORKS技术,DDE服务器,ISAPI编程,WebBroker技术1.LONWORKS与INTERNET的联接开放的分布式网络控制系统与INTERNET相联是网络控制系统发展的趋势。
INTERNET 的飞速发展为人与人之间的信息交流提供了方便快捷的方式。
而在控制系统领域,随着微电子技术的的发展,设备的智能化水平不断提高,对人与设备之间的信息交流和设备与设备之间的信息交流也提出了越来越高的需求。
通过INTERNET可以将地域分布的控制网络连接在一起,也可将不同的控制网络互连,组成一个统一的网络结构。
局部的控制网络(INFRANET)连接到INTERNET与INFRANET上,可以实现信息的自由流动。
建立在INTERNET之上的分布式控制网络不仅将象INTERNET自身一样带给人们不同的生活方式,同时将赋予每个局部控制设备一个无地域性的新特性,并且所有现存的LAN或WAN的信息传输基础设施可直接用于控制系统的建立。
将控制设备或节点连接上网的一种方式是在设备的嵌入式操作系统内内置WEB服务器,但对于通常以低价、紧凑为特点的嵌入式系统而言,它又略显庞大,此外服务于大容量信息传送的IP协议并不适合于以实时、频繁、短数据为特点的控制网络,此外这种方式并没有提供无缝的网络通信,因为这种方式通常局限在某个特定的控制网络协议内,信息在传递过程中将受到协议转换的限制,而无缝连接要求分布式开放的对等信息交流。
LonWorks智能控制网络

应用领域
楼宇自动化/ 工业自动化/ 家庭自动 化/ 交通运输自动化/ 公共设施自动 化/ 其他领域
*在全世界已安装的超过三千万LonWorks设备中 40%以上用于工业控制方案,包括物料储运、
连续印刷工序、废弃物管理、环境监测和其他等。 * Honeywell楼宇控制公司Rick Cathcart说道: “我们的客户一直在他们的控制系统中需求更大 的灵活性。我们已经找到一个开放的体系结构策 略能够解决这些客户的需求,并增强他们的选择 权。因为它的开放性和普及性,LonWorks将在 我们的楼宇自动化策略中占有重要的地位。”
● 网络层
◇网络地址分配、出错管理、网络认证、流量管理。 (1)分层编址 (2)组地址:路由器机制在这一层实现。
5种编址格式: 域地址:一个或多个信道上的节点逻辑集合(网络);域 标识符ID分为0,1,3,6字节,是唯一的。 子网地址:是同一域中节点的逻辑集合;一个域中最多有 255个子网,一个子网最多有127个节点。子网中的节点 必须在同一信道上。 节点地址:是节点被赋予的所属子网内的唯一的节点标识 码,为7位,一个域最多可以有255*127=32385个节点。 组地址:与子网不同,组不考虑节点的物理位置,可以跨 越几个子网或几个信道,应答节点最多可包含64个,无应 答服务的节点个数不限。一个域最多有256个组,一个节 点最多属15个组。 芯片地址:一个独一无二的48位ID地址。
NV Update ACK 发送设备 接收设备
接收设备
(2)非确认重发服务
◇比较可靠。
重发定时器 Repeater Timer
◇报文向一个或一组节点发送多次(重发次数可配置),不 等待应答信号,即无确认。 ◇节省带宽。 ◇适合于向节点数较多的组进行广播,偶尔丢失数据并不要 紧的情况。
LonWorks网络与LAN、Internet互连的解决方案

LonWorks网络与LAN、Internet互连的解决方案杨斌杨国才罗木平摘要介绍了基于LonWorks现场总线技术的控制系统与LAN、Internet互连的一种解决方案,提出了LonTalk/IP路由器的技术方案。
关键词 LonWorks 局域网 Internet 路由器协议LonWorks是一种具有强劲实力的现场总线技术,LonWorks控制网络在开放性、互操作性等方面所具有的优良性能已使它广泛应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。
实现LonWorks网络与LAN、Internet的集成将为企业综合自动化与信息化创造有利的条件。
.建立综合实时信息库,为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据。
.建立分布式数据库管理功能,保证数据一致性、完整性和可互操作性。
.有关人员可在任何地方通过Internet浏览了解企业的生产情况。
.能够实现对控制网络工作状态的远程监控,优化调度,也能实现控制网络的远程诊断与维护等。
.可进行控制网络的远程软件维护与下载新版本软件。
1 LonWorks网络与LAN、Internet互连的系统结构我们可以把一个企业综合的控制系统分解为两个子系统:第一个是基于LonWorks技术的实时控制(Input/Output,IO)子系统,包括智能传感器,传动装置和微控制器;第二是基于局域网、Internet技术的信息传输(Information Transfer,IT)子系统。
图1便是这样一个系统。
图1IT子系统基于局域网技术(Ethernet,IEEE802.xx)和TCP/IP,而IO子系统使用LonTalk协议、LonWorks技术及支持LonMark互操作性标准。
IT子系统和IO子系统之间的通讯有两种方法:一种方法是可以发展一种IT和IO之间的路由器。
这种方法要求IT上的设备具有多协议栈;另一种方法是可以发展一种IT的协议与IO的协议之间的网关。
智能小区与LON Works网络

智能小区与LON Works网络
程启明
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2003(018)006
【摘要】智能小区通常由3大基本要素组成,即家庭智能管理、物业管理、信息通信网络,最基本的功能是四表远传和安防管理.基于LON Works网络的智能小区分为管理中心、LON网络和智能控制器等三层结构.介绍了智能小区的定义、组成、功能,LON Works网络的特点及LON Works在智能小区的应用.
【总页数】5页(P75-79)
【作者】程启明
【作者单位】上海电力学院,上海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TP29;TP393
【相关文献】
1.基于Lon Works总线的智能小区安防系统设计 [J], 杨烈君;杨慧玲;钱庆平
2.Lon Works技术在智能小区安防系统中的应用 [J], 张莹;阳璞琼
3.基于LonWorks/i.Lon100现场总线控制网络的结构与实现 [J], 陈建铎
4.LonWorks控制网络的发展与应用-国产Lon控制网络发展启示 [J], 唐怀斌;孙兰岚
5.基于Lon Works的智能小区信息系统 [J], 韩玉民;白丽平
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LonWorks网络

LonWorks网络LonWorks 网络:高效的建筑自动化系统随着技术的迅速发展,对建筑自动化系统的需求不断提升,而LonWorks 网络就是一种开放标准协议,被广泛应用于建筑自动化系统中。
本文将从 LonWorks 网络的概念、优势、应用等方面作深入探讨。
一、LonWorks 网络概述LonWorks 网络是一种先进的网络技术,可被用于不同领域的设备之间进行通信。
它是由 Echelon 公司开发的一种标准化的网络协议,适用于各种应用领域。
LonWorks 网络使用的是基于通用异步收发传输(UART)协议的主/从架构,其具有非常高的可靠性和扩展性。
LonWorks 网络是一种基于开放标准的协议,实现了多种设备的互相通信,因此被广泛应用于各种现代化建筑的自动化系统中。
二、LonWorks 网络的优势LonWorks 网络具有以下优势:1. 低能耗:LonWorks 网络设备的功耗非常低,因此长时间使用时能够节省大量能源。
2. 高可靠性:LonWorks 网络采用了多层安全机制,能够对数据进行高效的传输和处理,保证系统的高可靠性。
3. 易于扩展:LonWorks 网络可以非常方便地进行扩展,无需进行大规模调整,也能够满足不断变化的需求。
4. 开放标准:LonWorks 网络采用的是开放标准,因此各种设备之间可以非常方便地进行交互和通信。
三、LonWorks 网络的应用场景LonWorks 网络具有广泛的应用范围,主要应用于以下领域:1. 大楼自动化系统大楼自动化系统可以通过 LonWorks 网络实现不同设备的互相通信和协调,提高系统的效率,为用户提供更加便捷的服务和体验。
比如可以实现自动调节温度、灯光等设备,实现能源的节约和环保。
2. 工业自动化系统工业自动化系统可以通过 LonWorks 网络进行快捷高效的设备之间的通信和控制,提高工业生产的效率和质量。
例如,可以通过 LonWorks 网络实现设备之间的实时监测、控制和报警,避免因设备故障带来的损失。
浅谈Lonworks网络技术及其在家居中的应用

科
浅谈 owrs Ln o 网络技术及其在家居中的应用 k
王文龙 马 少 华
( 沈阳建 筑大学, 宁 沈阳 10 0 ) 辽 10 3
摘 要: 随着互联 网的普及 , 人们更 多的考虑将 智能网络应 用到 家居生活 当中, 简述 了L n ok o w rs网络技术的基本构成及特点 , 对其在智能 家 并 居 中 的应 用做 了 简单 的 介 绍 。 关键 词 :ow rs 术 ;o w rs网络 ; 能 家居 L n ok 技 L n ok 智
2 Ln ok 技 术 的特 点 ow rs
作量 , 同时还增加 了通信的可靠性 。 2 通信 介质 可以是 双绞线 、电力线 、 . 3 光 纤、 同轴 电缆 、 无线射频 、 红外线等 , 并且多种介 质能够再同一网络中混合使用 。 2 . 4网络结构灵活方便 ,可支持 多种网络 拓扑形式 , 包括总线型 、 星型、 树型 、 自由拓扑型 等 ,特别是 自由拓扑 的网络形式非常适应复杂 的现场环境 , 于现场布线 。 便 25 L n ok 技 术 的通 信速 度 最快 可 达 . ow rs
一
传输介 质 :ow rs Ln o 网络 支持 多种传输介 k 质, 包括双绞线 、 电力线 、 无线射频 、 光纤 、 同轴 电缆 和红外线等。 网络 连接设备 : 包括 路 由器 、 网桥 和重发 器。 作为主要 的连接设备 , 路由器本 身可以用于 控制 网络交通并将其他 区域 的交通进行网络分 段, 从而增加信息通量 、 网络容量及 网络速度。 网络管理设备 :o w rs网络 的主要 管理 L n ok 设备 是 L S DD E V R,可安 装在 网络管 N ESR E 理节点 内,其主要作用是通过现场总线获得各 智能节点监控数据 、 设置智能节点状态参数以 及对智能节点状态进行监测 ,使系统实施掌握 现场总线智能节点 的状态 。
LonWorks智能控制网络1

LonWorks的技术特点
开放性:网络协议称为LonTalk 协议,符合ISO\OSI全部七 层模型,是开放的。 互操作性: 通信介质:可采用包括双绞线、电力线、无线、红外线、光 缆等在内的多种介质进行通信,并且多种介质可以在同一网 络中混合使用。这一特性使得不同工业现场的不同设备实现 互联。增强了网络的兼容性。 网络结构:能够使用所有现有的网络结构,如主从式、对等 式以及客户/服务式(Client/Server)。 网络拓扑结构:可以自由组合,支持总线型、环型、自由拓 扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构建更 为方便灵活。 网络通讯采用面向对象的设计方法。通过网络变量及其捆绑 这一手段,使得网络通信的设计简化成为参数设置,方便用 户设计和使用,并增加了通信的可靠性。
LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip) 神经元芯片主要有3150和3120两大系列。3120芯片中 包含EEPROM、RAM和ROM存储器;而3l50芯片内部无ROM, 但拥有访问外部存储器的接口,总寻址空间可达64KB, 可用于开发更为复杂的应用。 生产厂家最早的有Motorola公司和TOSHIBA公司, 目前生产神经元芯片的厂家是TOSHIBA公司和美国的 Cypress公司。TOSHIBA公司生产的神经元芯片型号 为TMPN3120和TMPN3150两个系列。Cypress公司 生产的神经元芯片型号为CY7C53120和CY7C53150 两个系列。
依据通讯媒介的不同,具有300bit/s~1.25Mbit/s的通 讯速率。当通讯速率最高达1.25Mbit/s时,通讯距离为 130m;对78kbit/s的双绞线,直接通讯距离长达2700m。 采用域+子网+节点的逻辑地址方式方便地实现节点的 替换,最大节点数为255(子网/域)×127(节点/子网) =32385。 提供一整套完整的从节点到网络的开发工具。比如节点 开发工具为NodeBuilder;节点和网络安装工具为 LonBuilder;网络管理工具为LonManage;客户、服 务器网络构架打造LNS技术;具备完善的网络接口装置。 采用可预测P坚持(Predictive P-Persistent )CSMA, 解决了网络过载的冲突及响应问题。
第5讲 LonWorks智能控制网络

Beijing Institute of Technology
概述
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—CPU结构
分为 MAC处理器、网络处理器和应用处理器
MAC处理器完成介质访 问控制,处于OSI第1、 2层,包括驱动通信子 系统硬件和执行MAC算 法; 网络处理器完成 LonTalk协议第3-6层, 包括处理网络变量、寻 址、认证、后台诊断、 软件定时器、网络管理 和路由等; 应用处理器完成用户的 编程,包括用户编写的 代码以及用户程序对操 作系统的服务调用等。
CP0-CP4: 双向通信端口
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神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.1 概述—内部结构
主要性能特点 : 高度集成 、所需外部 器件较少;
EEPROM
RAM
CPU1
CPU2
CPU3
内有三个CPU; 11个可编程I/O口引 脚可设置为34种预编程 工作方式;
Vdd电源抖动时确保电源稳定后Neuron芯片的 恢复;
对程序出错(如跑飞或死循环)时确保程序的 恢复;
Vdd掉电时确保正常关机。
Beijing Institute of Technology 33
神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—复位
RESET:复位引脚(低态有效); SERVICE: 服务引脚,工作期 间指示灯输出; IO0-IO3: 通用I/O端口; IO4-IO7: 通用I/O端口; IO8-IO10: 通用I/O端口; D0-D7: 数据总线; R/W: 读写控制;
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数据通信是通过单端输入输出引脚CP0和CP1。该模式还 包含低有效的睡眠输出(CP3),它可以使当神经元芯片 进入睡眠状态时收发器进入掉电状态。 数据编码和解码使用的是差分曼彻斯特编码。这种编码方 式有利于在接收端从数据流中提取发送端的时钟信息而不 需专用时钟线。
数据帧结构 在正式发送报文之前,发送端发送一个同步头以确保接收 节点接收时钟同步。该同步头包括一个位(比特)同步域 和一个字节同步域。位同步域是一串差分曼彻斯特编码的 “1”,位同步的长度是可变的,以适应不同的通信介质。 字节同步域是1位差分曼彻斯特编码的“0”,表示同步头 结束,开始正式报文的第一个字节。 报文结束时,神经元芯片通信端口强制差分曼彻斯特编码 为一个线路空码,并保持到接收端确认发送的报文结束。 线路空码根据发送数据的最后1位高低状态来保持线路在 线路空码时为高电平或低电平。线路空码在CRC校验码 的最后一位开始,延时两位结束。
专用模式
在一些专用场合,需要神经元芯片直接提供没有编码和不 加同步头的原始报文。在这种情况下,需要一个智能的收 发器处理从网络上或从神经元芯片上来的数据。 发送过程:从神经元芯片接受到这种原始报文,重新编码, 并插入同步头; 接收过程:从网络上收到数据,去掉同步头,重新解码, 然后送到神经元芯片。 在专用模式时,CP2和CP4分别输出位和帧的同步时钟信 号,可用于和用户设计的智能型网络收发器连接,便于用 户任意地构成自己所需要的方式,这样就大大提高了神经 元芯片在通信方式上的灵活性。
1、神经元芯片的结构
3150 3120
神经元芯片的主要性能特点:
高度集成,所需外部器件较少; 内有三个CPU,分别实现不同功能; 11个可编程I/O引脚,可设臵34种预编程工作方式; 两个16位定时/计数器,15个软定时器; 网络通信端口可设臵为单端、差分、专用工作方式; 在外部存储器中可固化LonTalk协议、I/O驱动程序、事件 驱动多任务调度程序等固件; 提供用于远程识别和诊断的服务引脚; 48位内部Neuron ID,用于惟一识别Neuron芯片。
第5章
LON总线与LonWorks技术
5.1 LonWorks应用实例 5.2 LonWorks技术概要 5.3 神经元芯片 5.4 LonWorks智能控制网络的组成 5.5 LonTalk通信协议与LonMark对象 5.6 面向对象编程语言Neuron C 5.7 LonWorks开发工具
(2) RAM
RAM用来存储堆栈段应用和系统数据,以及LonTalk协议 网络缓冲区和应用缓冲区数据。只要神经元芯片维持加电状态, RAM状态就会保持(甚至在睡眠(Sleep)方式下),当芯片 复位(Reset)时,RAM内容清除。 (3) ROM
所有3120神经元芯片包括10kB的ROM,3150芯片无ROM。 ROM用来存储神经元芯片固件,包括LonTalk协议、事件驱动 任务调度器、应用函数库。 (4) 外部存储器 3150芯片不包括片上ROM,但可以允许寻址59392个字节 的外部存储器。外部存储器存储应用程序和数据(可多达43008 个字节)、神经元芯片固件和保留空间(16384个字节),其中 43008个字节中也可包括网络缓冲区和应用缓冲区。
大的特点是对 OSI的七层协议的支持,是直接面向对象的 网络协议,这是其他的现场总线所不支持的。
网络变量使节点之间的数据传递只是通过各个网络变量的
绑定便可完成。
此外,由于硬件芯片的支持,实现了实时性和接口直观、 简洁的现场总线应用要求。
神经元芯片(Neuron Chip)是LonWorks技术的核心, 它不仅是LON总线的通信处理器,同时也可作为采集和 控制的通用处理器,LonWorks技术中所有关于网络的操 作实际上都是通过它实现的。 LonTalk协议通过神经元芯片上的硬件和固件实现提取介 质存取、事务确认和点对点通信服务;还有一些如认证、 优先级传输、单一/广播/组播消息发送等高级服务。 LonWorks技术提供了开放系统设计平台,使不同公司生 产的同类LonWorks产品可以互操互换。LonWorks产品 的互操作标准由LonMark协会制定。
CP1
CP2 CP3 CP4
1.4
40 40 1.4
数据输出
发送端使能 休眠状态输出 冲突检测输入
数据输入(-)
数据输出(+) 数据输出(-) 冲突检测输入
数据输出
位时钟输出 休眠输出或 唤醒输入 帧时钟输出
单端模式通信端口
单端模式是指LON总线中使用最广泛的一种模式,无线、 红外、光纤和同轴电缆都使用该模式。
2)LonWorks收发器;
3)LonTalk协议;
4)LonWorks网络和节点开发工具
LON总线系统的开发
LON总线系统的开发有两种途径: 一种是基于开发工具LonBuilder(节点和网络安装工具) 或NodeBuilder(节点开发工具),使用Neuron C语言编程, 即针对具体控制系统的要求编写应用代码,然后经过编译与通 信协议代码连接生成总的目标代码,一起烧录到节点的存储器 中。 另一种是基于图形方式的软件开发工具信端口
神经元芯片有一个多功能通信端口( CP0~CP4),为适 合不同的通信介质,可以将五个通信管脚配置成三种不同 的接口模式(单端、差分、专用),以适合不同的编码方 案和不同的波特率。
表1 三种通信方式下引脚功能比较 引脚 CP0 驱动电 流 (mA) 1.4 单端模式 数据输入 差分模式 数据输入(+) 专用模式 数据输入
5、 定时器/计数器
在神经元芯片中有两个16位的定时器/计数器,即定时器/ 计数器1和定时器/计数器2。 计时器/计数器1又可称为多路复用定时器/计数器,其输入 引脚可通过一个可编程多路转换器在IO4~IO7中选择,
网络结构:可以是主从式、对等式或者客户/服务器式 (C/S)结构
网络拓扑:星形、总线型、环形、自由形
网络通信采用面向对象的设计方法。LonWorks网络技术 称之为“网络变量”,它使网络通信的设计简化成为参数 设臵,提高了通信的可靠性。
每帧有效字节数:0~228bytes
通信速率:1.25Mbit/s 130m 78Kbit/s 2700m
神经元芯片支持一个低有效的收发器碰撞检测信号,以保 证通信的可靠性。如果碰撞检测允许,在发送的过程中, 神经元芯片检测到CP4为低,且低电平持续时间至少有一 个系统时钟,表示碰撞产生或正在发生,并通知神经元芯 片,报文重发。
差分模式通信端口
差分模式主要用于连接带隔离变压器的双绞线网络收发器。 在差分模式下,神经元芯片支持内部的差分驱动,同时不再 包括睡眠输出,通信口配置如上图。 差分模式也是采用差分曼彻斯特编码,数据格式完全和单端 模式相同。
节点数:32000个
提供强有力的开发工具平台:LonBuilder与NodeBuilder 核心元件:Neuron芯片,具备通信和控制功能 改善了CSMA,采用可预测P坚持CSMA,这样,在网络 负载很重的情况下,不会导致网络瘫痪
LonWorks技术主要组成部分
1)LonWorks节点和路由器;
除应用层需由用户编程外,其余6层都由固件来完
成。所谓固件就是固化在芯片内(或芯片外) ROM中的有关通信协议的软件。用户可以完全不 必关心网络底层的事情,例如网络介质访问控制 等等,这些都由MAC处理器和网络处理器自动完 成。
3、神经元芯片的存储器
3120芯片和3150芯片的存储器结构如图所示:
5.1 LonWorks应用实例
LonWorks 技术在智能小区中的应用
LonWorks 技术在数字家庭中的应用
LonWorks住宅社区控制网络的好处
1. 网络结构简单、布线容易、工程施工方便、 节省工程安装费用。 2. 可灵活选择双绞线、电力线或其它通信媒 体,在许多场合可以避免重新布线。
6. LonWorks的互操作性保证总体规划和分 步实施能顺利实现。
系统设计和实施的各个阶段采用统一的平台、统一 的协议、统一的工具,而分步实施过程中的各个系 统设备可以根据市场情况及性能价格比灵活选择。
7. 家居安防、设备监控与社区设备、设施的 监控可以采用同一控制网络平台,有利于系统的 实施、管理和维护。 8. LonWorks的通信协议即LonTalk协议,已成 为许多国家和国际标准化组织采纳的控制网络通信 协议的标准。其开放性和可互操作性保证了住宅社 区数字化应用系统的标准化、可持续发展和建设, 以保证业主的长期利益。
过组态构成控制系统,自动编译生成总的目标代码,直接下载 到节点的FlashROM中。对复杂系统,需编制自定义模块。
5.3 神经元芯片
LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip), 它提供通信、控制、介质访问、I/O接口等功能。神经元 芯片主要有3120和3150两大系列。 早期生产厂家:Motorola和TOSHIBA 目前生产厂家:TOSHIBA和Cypress TOSHIBA公司生产的神经元芯片型号为TMPN3120 和TMPN3150两个系列。TMPN3150支持外部存储器,适 合功能较为复杂的应用场合;TMPN3120不支持外部存储 器,它本身带有EEPROM。
2、处理单元
OSI 3-6层
OSI 1-2层
OSI 用户编程
Neuron芯片内有三个处理器: MAC处理器:完成介质访问控制(1、2层),包括驱
动通信子系统硬件和执行MAC算法。
网络处理器:完成协议的3~6层,包括处理网络变 量、寻址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管 理和路由等;同时,还控制网络通信端口、物理地 址发送和接收数据包。 应用处理器:完成用户的编程(7层),包括用户编 写的代码以及用户程序对操作系统的服务调用等。 各处理器分别同时独立工作,通过缓冲器进行通信。
3120芯片存储映像