基于MSP430F149的串口服務(wù)器設計

摘 要： MSP430微處理器具有功耗低和功能模塊豐富的特點(diǎn)。采用MSP430F149為主控制器和以太網(wǎng)控制芯片CS8900A設計串口服務(wù)器，并且嵌入精簡(jiǎn)后的TCP/IP協(xié)議。以過(guò)程控制設備為目標進(jìn)行調試，實(shí)現RS-232串口和網(wǎng)絡(luò )接口RJ45的轉換。使串口設備聯(lián)入以太網(wǎng)，實(shí)現遠程網(wǎng)絡(luò )控制。

　　本文采用了TI公司生產(chǎn)的16位超低功耗的混合信號處理器(mixed signal processor)和Cirrus公司生產(chǎn)的高集成度的全面支持IEEE802.3標準的以太網(wǎng)控制器CS8900A來(lái)設計嵌入式串口服務(wù)器終端，以模塊化設計思想提供軟件設計，鑒于嵌入式系統有限的內存，對TCP/IP進(jìn)行了精簡(jiǎn)，并進(jìn)行了調試。

　　1 硬件電路設計

　　主控制器MSP430[1]是美國Texas Instruments(TI)公司于1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的超低功耗微處理器，擁有5種低功耗模式，以適應不同的需要。CPU從低功耗模式被喚醒，這個(gè)過(guò)程最多只需要6 μs。靈活的時(shí)鐘使用方式也是MSP430的一大特點(diǎn)，除了片內集成一個(gè)晶體振蕩器外，還可外接1～2個(gè)晶體振蕩器。不同的內部功能模塊可根據需要使用不同的晶體振蕩器，在不需要時(shí)可以通過(guò)設置寄存器將其關(guān)閉，以減低功耗。MSP430采用了16位的RISC架構，具有125 ns的指令周期，且內部具有豐富的功能模塊，集成了多通道10～14位的A/D轉換器、雙路12位D/A轉換器、比較器、電源電壓檢測、串行口USART(UART/SPI)、硬件乘法器、Flash存儲器、看門(mén)狗定時(shí)器及多個(gè)16位、8位定時(shí)器等功能模塊。這些結構使得MSP430微處理器可以應用到更多的場(chǎng)合，有更廣泛的應用，也使得串口服務(wù)器的設計更為簡(jiǎn)單化。

　　以太網(wǎng)控制芯片CS8900A[2]是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的低功耗、性能優(yōu)越的16位以太網(wǎng)控制器。其突出特點(diǎn)是使用靈活，物理層接口、數據傳輸模式和工作模式等都能根據需要而動(dòng)態(tài)調整，通過(guò)內部寄存器的設置來(lái)適應不同的應用環(huán)境。

　　系統的硬件框圖如圖1所示。

　　圖1 系統的硬件框圖

　　電源通過(guò)5 V電源適配器，經(jīng)LD1117芯片轉化為3.3 V穩壓電源給主控制器MSP430、以太網(wǎng)芯片CS8900A及SP3223供電。MSP430接8 MHz的晶振，同時(shí)外接一個(gè)JTAG口，通過(guò)JTAG口接MSP430仿真器用于系統與MSP430開(kāi)發(fā)軟件IAR之間的程序調試 。

　　主控制器負責控制以太網(wǎng)接口完成網(wǎng)絡(luò )數據包的發(fā)送和接收，以及相應的封裝和解包工作，根據上位機的指令完成相應的數據采集和處理，并且檢測串口通信模塊是否有事件發(fā)生然后做出相應的反應;負責完成系統上電復位、初始化以及低電壓檢測等功能。CS8900A內部的802.3介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制[4]負責處理有關(guān)以太網(wǎng)數據幀的發(fā)送和接收，包括：數據檢測、幀頭的產(chǎn)生和檢測、CRC校驗碼的生成和驗證。以太網(wǎng)模塊用于完成TCP/IP協(xié)議棧中的鏈路層功能，在發(fā)送時(shí)把網(wǎng)絡(luò )層數據包轉換成以太網(wǎng)物理幀格式用于物理信道上的傳輸;在接收時(shí)將物理信道上接收到的信號轉換成網(wǎng)絡(luò )層數據包。

　　2 軟件程序設計

　　軟件部分采用模塊化的設計思想，把程序化繁為簡(jiǎn)，便于程序的設計、調試及維護。整個(gè)部分包括初始化模塊、串口數據采集及處理模塊、網(wǎng)絡(luò )數據采集及處理模塊和TCP/IP模塊，另外還有定時(shí)器中斷用于TCP的重發(fā)機制計時(shí)和數據采集計時(shí)、串口中斷用于轉發(fā)串口數據。

　　程序工作流程如圖2所示。

　　圖2 程序工作流程