基于μC/OS-II和TCP/IP協(xié)議的多串口服務器

摘要：針對許多設備不具備網(wǎng)絡接口的問題，以ARM7Cortex-M3處理器LM8962為核心構建嵌入式系統(tǒng)，利用SC28L198芯片擴展8個串口，完成基于μC/OS-II操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議的多串口服務器設計。該系統(tǒng)能夠同時為8個串口設備提供以太網(wǎng)遠程數(shù)據(jù)傳輸，為具有串行通信接口設備的網(wǎng)絡控制提供了條件，實現(xiàn)了計算機遠程監(jiān)控。

　　為使傳統(tǒng)串口設備能夠方便、快捷地接入互聯(lián)網(wǎng)，筆者以ARM7處理器LM8962和串口擴展芯片SC28L198為核心構建嵌入式系統(tǒng)(串口服務器)，完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與串行口數(shù)據(jù)之間的相互轉換。一方面，LM8962將SC28L198發(fā)送過來的串口數(shù)據(jù)打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并通過自身的以太網(wǎng)控制器發(fā)往主機;另一方面，LM8962將收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)解包，分離出數(shù)據(jù)和相應的串口設備號，然后通過SC28L198的相應通道發(fā)往串口設備。

　　1 串口服務器硬件結構

　　該系統(tǒng)選用TI公司生產(chǎn)的ARM芯片LM8962作為主控MCU以及選用Phillips公司生產(chǎn)的芯片SC28L198作為8通道UART控制器。

　　該系統(tǒng)的主要功能是完成TCP/IP協(xié)議與串口通信協(xié)議之間的相互轉換。

　　主控制器LM8962是由LuminaryMicro公司開發(fā)的一款基于ARMCortex-M3MCU內(nèi)核的32位微處理器。該處理器支持的最大主頻為50MHz，具有嵌入式Flash和SRAM、運動控制PWM等內(nèi)部模塊。LM8962內(nèi)部集成了以太網(wǎng)控制器，結合了Bosch控制器局域網(wǎng)技術和10/100以太網(wǎng)媒體訪問控制(MAC)以及物理(PHY)層，簡化了該系統(tǒng)以太網(wǎng)連接的硬件電路設計。該微控制器使用了兼容ARMThumb?的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的。系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

　　圖1硬件結構圖

　　UART器件SC28L198提供了8路相互獨立的全雙工異步通道，每路UART通過同步總線接口與主機進行通信。每個通道的接收器和發(fā)送器均具有16個字符的FIFO，最大限度地減少了接收器超時的情況，使用用戶定義的Xon/Xoff字符可實現(xiàn)自動帶內(nèi)流量控制，在喚醒模式下可進行地址識別。SC28L198同時還包括以下功能模塊：

　　時序模塊，其中包含一個可產(chǎn)生22個工業(yè)標準的波特率的通用波特率發(fā)生器和用來產(chǎn)生非標準波特率的2個16位計數(shù)器;I/O口控制模塊和狀態(tài)變化檢測器模塊;可仲裁24個中斷的中斷仲裁系統(tǒng)。為了降低軟件開銷，器件包含的中斷仲裁系統(tǒng)通過直接訪問或修改中斷向量的方法來報告UART中斷的情況。報告的中斷上下文包括通道編號、器件中斷類型(接收器COS等)、發(fā)送器或接收器FIFO的填充點。

　　2 串口擴展電路

　　圖2描述了具有8通道的串口聯(lián)網(wǎng)服務器的電路連接框圖。串口服務器的硬件由兩個主要芯片和其他外圍電路組成。在SC28L198的管腳中，CEN、W_RN、IACKN、DACKN、IRQN、SCLK管腳控制著主機外部與內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與SC28L198之間的數(shù)據(jù)傳輸，管腳A7～A0為SC28L198與ARM相連的地址總線，D7～D0為SC28L198與ARM傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線。

　　圖2電路連接框圖

　　波特率發(fā)生器工作在振蕩器或外部X1/CCLK時鐘輸入下，可以產(chǎn)生22個50.0～230.4k范圍內(nèi)的常用數(shù)據(jù)通信波特率。通常使用的外部晶振頻率為3.6864MHz和7.3728MHz，在7.3728MHz工作頻率下產(chǎn)生的波特率是3.6864MHz下產(chǎn)生的兩倍。每個接收器和發(fā)送器可以工作在不同的波特率下，通過向波特率選擇寄存器寫入不同的選擇代碼將產(chǎn)生不同的波特率。