串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)化基礎(chǔ)上的嵌入式技術(shù)應(yīng)用分析

摘 要：在工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機(jī)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)是相互分離的。要想接入互聯(lián)網(wǎng)，必須對(duì)通信接口進(jìn)行較大幅度的改造處理。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)化已成為必然趨勢(shì)。在網(wǎng)絡(luò)化的串口設(shè)備中增加一個(gè)嵌入式的網(wǎng)絡(luò)化裝置可以輕松實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。本文就嵌入式技術(shù)在串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：串口設(shè)備；聯(lián)網(wǎng)；嵌入式

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已深入到各行各業(yè)、千家萬(wàn)戶(hù)中了?；ヂ?lián)網(wǎng)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利，互聯(lián)網(wǎng)縮短了人們之間的距離，相隔很遠(yuǎn)的人可以利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的面對(duì)面的交流。隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)化是工業(yè)未來(lái)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

目前，在工業(yè)控制領(lǐng)域中，單片機(jī)系統(tǒng)主要是RS-232、RS-485和CAN總線協(xié)議通信，它們無(wú)法與互聯(lián)網(wǎng)直接相連。由于這些系統(tǒng)普遍采用的是8位單片機(jī)，只有RS-232異步串行通信接口，要想實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，那么就必須對(duì)通信接口進(jìn)行物理改造、數(shù)據(jù)格式改造和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)化。而人們對(duì)串行通信接口的聯(lián)網(wǎng)化要求越來(lái)越高，在這種需求形勢(shì)下，Zworld公司推出了一種串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。它將嵌入式技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美的運(yùn)用到串口設(shè)備中，滿(mǎn)足了串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)化的需求。它能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，促進(jìn)了工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

如圖1所示為系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。我們可以看出，該系統(tǒng)由：上位機(jī)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)化裝置和智能儀表所組成。而智能儀表就是串口設(shè)備，利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)化裝置將以太網(wǎng)與串口設(shè)備完美連接起來(lái)，而上位機(jī)則利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)串口設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。由于該系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)，于是就可以直接與Internet互聯(lián)，利用遠(yuǎn)程主機(jī)就可以對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

我們可以將該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

ARM處理器是ACORN計(jì)算機(jī)有限公司面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)出的第一款RISC微處理器。該處理器是32位設(shè)計(jì)，同時(shí)還配備了16位指令集，它體積小、功耗低、成本低、支持32位和16位的雙指令集，同時(shí)還可以兼容2位和16位的器件。實(shí)踐證明，ARM處理器是開(kāi)發(fā)硬件的絕佳選擇。

在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，嵌入式網(wǎng)絡(luò)化裝置是核心，該裝置采用32位的高速處理器S3C4510B，該處理器的芯片選擇的是ARM7系列。在存儲(chǔ)系統(tǒng)上，采用了一片HY20LV160，它構(gòu)成了16位的Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)，容量為2MB，可以存放用戶(hù)的應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)和需要保存的數(shù)據(jù)等。另外，又選用了2片HY20LV160構(gòu)成了一個(gè)32位的SDRAM存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間為16MB，它能存儲(chǔ)嵌入式系統(tǒng)以及用戶(hù)的一些數(shù)據(jù)資料等。

同時(shí)，增加了一個(gè)232-485的電平轉(zhuǎn)換電路和TL16C554A芯片將S3C4510B芯片的串行通信接口擴(kuò)充到了4個(gè)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是與硬件設(shè)計(jì)相配套的。軟件設(shè)計(jì)既要完成串口設(shè)備與以太網(wǎng)的連接，也要完成數(shù)據(jù)包的處理、任務(wù)的調(diào)度、硬件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)等任務(wù)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上的嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越多，如：uC/OS、Linux、uCLinux等。uCLinux嵌入式系統(tǒng)是前幾年出現(xiàn)的一種應(yīng)用于微控制領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，在低端網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本文所采用的嵌入式系統(tǒng)就是uCLinux。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，要能夠有效讀取串口接收到的數(shù)據(jù)包，然后再根據(jù)讀取的結(jié)果計(jì)算出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，最后就是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送到各個(gè)控制器的串口上。嵌入式網(wǎng)絡(luò)裝置的軟件設(shè)計(jì)主要是由人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)這幾個(gè)部分組成。在網(wǎng)絡(luò)通信程序的軟件設(shè)計(jì)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)串口中斷程序。利用這個(gè)中斷程序，將通過(guò)串口的電力儀表數(shù)據(jù)放置在一個(gè)串口緩沖區(qū)中，將PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料傳輸給智能儀表。這個(gè)串口中斷程序的注冊(cè)為：request_irq（0，uartirq_handler，UART_INTER-RUPT，“uartirq”，NULL）。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信程序中，不同的數(shù)據(jù)傳輸采用不同的通信協(xié)議，可靠性要求高的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP通信協(xié)議，而可靠性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸采用UDP通信協(xié)議。整個(gè)通信程序的數(shù)據(jù)流如圖2所示：

在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)流中可以看出，TCP/IP應(yīng)用程序處于整個(gè)程序的最高層，它調(diào)用Socker API的接口函數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的操作。緊接著的UDP、TCP處理模塊就是所謂的通信協(xié)議模塊，不同的數(shù)據(jù)通過(guò)不同的通信協(xié)議進(jìn)行傳輸。

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