基于SmartFusion2的溫度采集系統簡(jiǎn)單應用設計

當多路串口中任何一路，任何時(shí)候到來(lái)數據的時(shí)候，UART 控制器都能感知這次串行數據，并開(kāi)通相應的信道，將某一路的串口數據送到RAM 控制器。然后RAM 控制器將該信道的串行數據寫(xiě)入RAM 中。這樣就可以完成對多路串口數據的采集工作。

在該方案中，需要在SmartFusion2 片上的FPGA 內設計一個(gè)UART控制器作為查詢(xún)機制中的主機，各個(gè)終端串口作為從機，提供串口數據。主機會(huì )定時(shí)的在SEL總線(xiàn)上發(fā)出從機的片選信號，用于選通從機設備。當從機被選中之后，從機自己會(huì )做出判斷，如果該從機有數據需要發(fā)送，則該從機立刻將串行的數據發(fā)出。如果從機沒(méi)有數據需要發(fā)送，則從機對該選擇信號SEL不做任何反應，定時(shí)時(shí)間到，主機會(huì )自動(dòng)的去選通下一路從機，從機工作原理與之類(lèi)似。這樣的做法同樣可以完成對多路串口數據的采集工作。

2 系統軟件設計

本設計采用FreeRTOS操作系統，通過(guò)創(chuàng )建Web-

Server進(jìn)程實(shí)現數據的交互。在初始化完成后，執行WebServer進(jìn)程，WebServer進(jìn)程發(fā)送網(wǎng)頁(yè)的數據、更新網(wǎng)頁(yè)的數據、得到采集的數據。而關(guān)于以太網(wǎng)的協(xié)議則使用LwIP協(xié)議棧實(shí)現。對于硬件層則使用Cor-

tex-M3內部的MAC和外部的PHY進(jìn)行傳輸。實(shí)現物理層的傳輸[7].因此本設計的思路是發(fā)送接收數據給網(wǎng)頁(yè)和接收發(fā)送APB3上對應的地址的數據。將UART的數據格式和網(wǎng)頁(yè)HTTP數據格式互換。

軟件設計框圖如圖5 所示，WebServer 進(jìn)程和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行通信，通信的協(xié)議采用LwIP 協(xié)議，對于LwIP 協(xié)議使用其中的IPv4應用層，使用TCP/IP 傳輸，DHCP 動(dòng)態(tài)獲取IP,數據鏈路層使用內部的MAC,采用100 Mb/s的MII接口和PHY通信，PHY在物理層上和PC機通信[8].

采用自動(dòng)連接的方式與以太網(wǎng)相連，對于HTTP數據采用監聽(tīng)的方式，有HTTP 數據則執行相應的操作。在網(wǎng)頁(yè)上顯示實(shí)時(shí)的日期和時(shí)間，這個(gè)日期和時(shí)間不是來(lái)自PC機的，而是來(lái)自SmartFusion2的，能夠達到顯示數據的采樣時(shí)間，方便用戶(hù)查看和保存帶有時(shí)間的數據。

以太網(wǎng)的初始化首先是MAC的初始化，將MAC初始化為MII接口，半字節，100 Mb/s模式。MAC 初始化后就是對于協(xié)議的選擇，本系統選擇TCP/IP協(xié)議，通過(guò)tcpip_input調用初始化網(wǎng)絡(luò )的配置。對于網(wǎng)絡(luò )的配置，首先是MAC地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼的配置(如果為DHCP則只有MAC地址有效)，可以配置為靜態(tài)IP和DHCP 兩種模式。靜態(tài)IP 使用netif_set_up函數，DHCP使用dhcp_star函數來(lái)開(kāi)始。

WebServer是系統的主任務(wù)，負責網(wǎng)頁(yè)和APB3上數據的交互。首先是使用netconn_bind 函數新建一個(gè)80端口(HTTP)的網(wǎng)絡(luò )，建立好后就一直處于監聽(tīng)狀態(tài)的netconn_listen函數。

有網(wǎng)絡(luò )連接時(shí)則發(fā)送相應的數據。如果有網(wǎng)頁(yè)打開(kāi)數據的請求，則開(kāi)始發(fā)送網(wǎng)頁(yè)的數據頭和主界面的數據，同時(shí)將網(wǎng)頁(yè)的運行的程序也發(fā)送過(guò)去，這樣內核就可以方便和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行通信。

對于網(wǎng)頁(yè)的刷新和數據請求命令都是已經(jīng)發(fā)送給網(wǎng)頁(yè)了，如果有網(wǎng)頁(yè)的刷新請求則將更新的檢測數據和日期時(shí)間數據發(fā)送給網(wǎng)頁(yè)。有點(diǎn)擊控制命令，處理器則馬上響應，將控制命令轉換并發(fā)送給APB3,也就發(fā)送給了UART.當然，這里面所有的數據都是加了相應的通信協(xié)議。

如發(fā)送數據給網(wǎng)頁(yè)時(shí)則需要使用netconn_write 函數，首先是網(wǎng)頁(yè)數據頭，然后是相應的數據。如果無(wú)網(wǎng)絡(luò )連接、無(wú)網(wǎng)頁(yè)請求、請求完成等都是使用net-

conn_close 函數關(guān)閉網(wǎng)絡(luò )，使用netbuf_delete 函數刪除網(wǎng)絡(luò )，然后又去監聽(tīng)是否有新的網(wǎng)絡(luò )存在并連接。

以智能家居數據采集與交互為例，系統軟件設置流程圖如圖6所示，首先是時(shí)鐘和外設的初始化，再是以太網(wǎng)相關(guān)的初始化，包括MAC和PHY的初始化，IP的獲取方式，設置MAC 地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)，設置傳輸的協(xié)議等。硬件層、傳輸層設置以后就是應用層，創(chuàng )建WebServer 應用程序。此應用程序也是主應用程序，在FreeRTOS中的優(yōu)先級是最高的，堆棧大小也是最大的。WebServer任務(wù)就是與網(wǎng)頁(yè)通信，實(shí)現網(wǎng)頁(yè)的刷新。任務(wù)的調度和切換時(shí)通過(guò)定時(shí)器實(shí)現，10 ms為一個(gè)時(shí)間片，調度函數為vTaskStartScheduler函數實(shí)現。

3 結語(yǔ)

本文利用源代碼開(kāi)放的TCP/IP協(xié)議棧LwIP和簡(jiǎn)單實(shí)用的操作系統FreeRTOS軟件平臺和SmartFusion2的硬件平臺構建了基于SoC的數據采集與交互系統，完成設備數據信息的采集及處理并實(shí)現遠程數據交流與共享。通過(guò)實(shí)際運行測試，系統性能穩定可靠，具有一定推廣使用價(jià)值。