基于VxWorks和MPC860T平臺的嵌入式串口通信服務(wù)器的解決方案

1.引言
隨著(zhù)IP技術(shù)的迅速發(fā)展，“Everything over IP”的觀(guān)念已深入人心。如何有效的將物理上分布于各個(gè)地方的串行設備接入互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現基于IP技術(shù)的遙測遙控成為當前研究和應用的一個(gè)熱點(diǎn)。論文以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統VxWorks和高性能的嵌入式微處理器MPC860T為軟硬件平臺，提出了一個(gè)適合各種速率的串行設備接入IP網(wǎng)絡(luò )的高性能通信服務(wù)器的解決方案，它充分發(fā)揮了操作系統VxWorks的實(shí)時(shí)性以及嵌入式微處理器MPC860T在網(wǎng)絡(luò )、通信方面的卓越性能。利用該通信服務(wù)器不但可以將低速率的串行設備接入互聯(lián)網(wǎng)，也可以將具有較高速率、對實(shí)時(shí)性有較高要求的串行設備接入互聯(lián)網(wǎng)。
2.串口通信服務(wù)器的體系結構
在實(shí)際應用中，各種監測、控制設備多以串行通信的方式的和外界通信。而串行設備千差萬(wàn)別，特別是在數據的傳輸速率和數據格式方面有很大的不同：既有利用UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發(fā)）協(xié)議傳輸的低速率數據，又有利用HDLC（high-level data link control,高級數據鏈路控制）等協(xié)議傳輸的高速率數據；對數據傳輸實(shí)時(shí)性的要求也有很大區別：既有非實(shí)時(shí)性的串行數據傳輸，也有對實(shí)時(shí)性要求比較嚴格的串行數據，如音、視頻數據，高速設備的實(shí)時(shí)監控數據等。如何有效的將各種串行設備合理的接入IP網(wǎng)絡(luò )，以實(shí)現基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式遠程監控呢？論文根據這一需求，提出了一種如圖1所示的串口通信服務(wù)器的體系結構，該串口通信服務(wù)器能夠較好的將各種串行設備接入IP網(wǎng)絡(luò )，并且在實(shí)時(shí)性方面有比較突出的表現：能夠將各種高速、實(shí)時(shí)性的音視頻數據快速接入IP網(wǎng)絡(luò )，以實(shí)現基于IP網(wǎng)絡(luò )的遙測遙控。

在圖1所示的串口通信服務(wù)器體系結構中，服務(wù)器配置程序為用戶(hù)提供了一個(gè)基于C/S模式的服務(wù)器通信參數配置接口，用戶(hù)可以利用運行于個(gè)人計算機上的客戶(hù)端配置程序與通信服務(wù)器的配置串口通信以隨時(shí)改變通信參數；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統主要完成各種任務(wù)的實(shí)時(shí)調度、中斷管理、系統資源管理等功能；所謂BSP（Board Support Package，板級支持包）就是針對該通信服務(wù)器特定的硬件平臺所編寫(xiě)的底層程序，它依賴(lài)于硬件，主要包括初始化代碼和部分驅動(dòng)程序；FEC(Fast Ethernet Controller,快速以太網(wǎng)控制器)驅動(dòng)程序提供雙工100/10M自適應以太網(wǎng)控制器驅動(dòng)；雙內核的嵌入式微處理器用于運行操作系統、應用程序、配置程序以及通信協(xié)議的底層微碼；外圍接口層對外提供各種標準的通信接口，如RS-232、RJ-45等。
3.串口通信服務(wù)器的硬件實(shí)現
在串口通信服務(wù)器中，嵌入式微處理器的性能無(wú)疑是影響整個(gè)通信服務(wù)器性能的一個(gè)關(guān)鍵
因素，根據圖1所示的通信服務(wù)器體系結構，論文選用Freescale公司的雙內核嵌入式微處理器MPC860T。它是一款集成了雙內核和豐富的外圍設備的微處理器，可廣泛應用于各種控制領(lǐng)域，特別是在通信和網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域有著(zhù)優(yōu)異的性能，其組成如圖2示?；赑owerPC體系結構的MPC8xx內核主要負責操作系統和應用程序的運行；CPM模塊擁有獨立的基于RISC的通信處理器，該通信處理器主要為SCC（Serial Communications Controllers，串行通信控制器）、SMC（Serial Management Controllers，串行管理控制器）等通信信道提供服務(wù)、執行通信協(xié)議的底層代碼以及控制DMA。SIU主要負責系統的啟動(dòng)、初始化、中斷以及外部總線(xiàn)功能等。FEC提供10/100M以太網(wǎng)控制功能，它提供獨立的FIFO和突發(fā)DMA，因此可以在不影響CPM性能的情況下提供10/100M以太網(wǎng)連接。其中4個(gè)SCC通道可以獨立配置成HDLC模式、異步HDLC模式、10M以太網(wǎng)模式等；2個(gè)SMC通道可以配置成UART模式、透明傳輸模式等。