基于μC/OS-II和TCP/IP協(xié)議的多串口服務(wù)器

摘要：針對許多設備不具備網(wǎng)絡(luò )接口的問(wèn)題，以ARM7Cortex-M3處理器LM8962為核心構建嵌入式系統，利用SC28L198芯片擴展8個(gè)串口，完成基于μC/OS-II操作系統和TCP/IP協(xié)議的多串口服務(wù)器設計。該系統能夠同時(shí)為8個(gè)串口設備提供以太網(wǎng)遠程數據傳輸，為具有串行通信接口設備的網(wǎng)絡(luò )控制提供了條件，實(shí)現了計算機遠程監控。

　　為使傳統串口設備能夠方便、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(串口服務(wù)器)，完成以太網(wǎng)數據與串行口數據之間的相互轉換。一方面，LM8962將SC28L198發(fā)送過(guò)來(lái)的串口數據打包成以太網(wǎng)數據幀，并通過(guò)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)數據解包，分離出數據和相應的串口設備號，然后通過(guò)SC28L198的相應通道發(fā)往串口設備。

　　1 串口服務(wù)器硬件結構

　　該系統選用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(kāi)發(fā)的一款基于ARMCortex-M3MCU內核的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(dòng)控制PWM等內部模塊。LM8962內部集成了以太網(wǎng)控制器，結合了Bosch控制器局域網(wǎng)技術(shù)和10/100以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)以及物理(PHY)層，簡(jiǎn)化了該系統以太網(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(lái)減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的。系統的硬件結構如圖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(guò)同步總線(xiàn)接口與主機進(jìn)行通信。每個(gè)通道的接收器和發(fā)送器均具有16個(gè)字符的FIFO，最大限度地減少了接收器超時(shí)的情況，使用用戶(hù)定義的Xon/Xoff字符可實(shí)現自動(dòng)帶內流量控制，在喚醒模式下可進(jìn)行地址識別。SC28L198同時(shí)還包括以下功能模塊：

　　時(shí)序模塊，其中包含一個(gè)可產(chǎn)生22個(gè)工業(yè)標準的波特率的通用波特率發(fā)生器和用來(lái)產(chǎn)生非標準波特率的2個(gè)16位計數器;I/O口控制模塊和狀態(tài)變化檢測器模塊;可仲裁24個(gè)中斷的中斷仲裁系統。為了降低軟件開(kāi)銷(xiāo)，器件包含的中斷仲裁系統通過(guò)直接訪(fǎng)問(wèn)或修改中斷向量的方法來(lái)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(lèi)型(接收器COS等)、發(fā)送器或接收器FIFO的填充點(diǎn)。

　　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(wù)器的電路連接框圖。串口服務(wù)器的硬件由兩個(gè)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(zhù)主機外部與內部數據總線(xiàn)與SC28L198之間的數據傳輸，管腳A7～A0為SC28L198與ARM相連的地址總線(xiàn)，D7～D0為SC28L198與ARM傳輸數據的數據總線(xiàn)。

　　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(shí)鐘輸入下，可以產(chǎn)生22個(gè)50.0～230.4k范圍內的常用數據通信波特率。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(gè)接收器和發(fā)送器可以工作在不同的波特率下，通過(guò)向波特率選擇寄存器寫(xiě)入不同的選擇代碼將產(chǎn)生不同的波特率。