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1、第 卷第 期 计算机应用与软件 年 月 串行通信转网络通信数据模块的设计蔡长安 钟 锐 王盈瑛（ 盐城师范学院信息科学与技术学院 江苏 盐城 ）（ 东南大学 学院 江苏 南京 ）收稿日期： 。江苏省高校自然科学基金（ ） 。蔡长安， 硕士， 主研领域： 嵌入式应用研究。摘 要 在自动化控制及其他民用设备、 工业控制如电力设备系统等领域， 众多设备的对外通信接口仍然是低速串口。但低速串口有其固有的缺点： 无法集中、 全面、 准确而实时地监控数据。介绍基于微处理器 串行通信转网络通信数据模块的硬件设计， 同时介绍以嵌入式操作系统 为平台设计的串口通信、 以太网通信和 接口通信的设计方法。关键词 串
2、口 以太网口 接口 嵌入式操作系统 （ ， ， ， ， ）（ ， ， ， ， ） ， ， ， ， ， ， 引 言在自动化控制及其他民用设备、 工业控制如电力设备系统等领域， 众多设备的对外通信接口仍然是低速串口。但是这类系统的缺点是： 无法集中、 全面、 准确而实时地监控数据。随着以太网在工业、 商业领域的大规模使用以及网络自动化应用普及， 用户与供应商迫切需要在任何时间和任何地点都可以实时访问数据和进行控制， 做到远程快速故障分析与处理、 设备的远程维护， 以便提高工作效率并降低整体成本。完全换掉这些串口通信设备是既不经济也不可行的。针对这些实际需求， 采用串行通信转网络通信数据模块就是解决
3、这些问题的最佳解决方案。 串行通信转网络通信数据模块的硬件组成为了实现该转换模块， 首先要选择一个硬件平台即嵌入式处理器。由于 是基于精简指令系统（ ） 的 位内核， 代码效率高、 运行速度快、 综合性能强， 在基于 体系结构的嵌入式 中， 基于 体系结构的 嵌入式微处理器拥有较好的技术支持， 因此本转换模块选择 作为硬件平台。转换模块必须要有电源， 供整个转换模块用。由于用户需要的转换模块有串口、 和网口下载等功能， 并且工控仪器的波特率一般为 之间， 因此本转换模块要有 串口、 接口和 以太网口， 同时以太网口与嵌入式芯片之间要有一个网络模块。根据 的启动方式和程序代码存储等的要求， 本转
4、换模块要有 和 来储存， 同时为了满足部分用户使用转换模块完成后需要进行调试， 因此还预留了一个 接口。有的用户可能还要用键盘中需要储存的要求。预留一个 来实现这一功能要求。为了保证转换模块能够可靠地工作， 需要设置监控及看门狗电路。在工作时需要有工作时钟， 因此需要有时钟电路进行一些操作， 故本转换模块预留了一个 接口。有的用户还需要有 屏显示和 功能， 因此本转换模块预留了一个 屏接口和一个 接口。以太网转换模块主要是完成串口与以太网之间数据的透明传输， 并具有串口、 以太网口、 口的下载功能。该转换模块的硬件设计方案如图 所示。第 期 蔡长安等： 串行通信转网络通信数据模块的设计 图 串
5、行通信转网络通信数据模块的硬件框图 以太网数据模块软件设计 软件总体结构在硬件设计的基础上， 对串行通信转网络通信数据模块进行软件设计， 软件部分的总体结构如图 所示。由于本数据转图 系统软件设计结构换模块是多任务操作， 同时要满足实时性等方面的要求， 如果采用无操作系统的多进程的任务调度， 远远不能满足转换模块的要求， 很难胜任所要实现的功能， 也不便于用户应用程序开发和功能的扩展， 所以引入了嵌入式操作系统 。软件设计首先根据目标环境进行系统配置， 建立板级支撑程序 ， 主要完成系统初始化和及硬件相关设备的驱动， 引导目标机到一个确定的状态， 分别以 （ ） 、 （ ） 、 （ ） 、 （
6、 ） 、 （ ） 等来实现； 其次使各接口芯片能收发总线数据， 实现 、 、 等通信协议； 最后再在 嵌入式操作系统的支持下开发应用程序， 实现串行接口通信、 以太网接口通信、 接口通信等功能。 软件平台 综合考虑各个因素， 我们选择了嵌入式实时操作系统 。 是美国著名 厂商 公司， 为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核。其 的代码是用 写成的， 非常便于移植并支持大多数类型的处理器。 是一组 函数库， 下载到目标板的 中或直接烧录到目标板的 中执行。在典型的目标环境中， 核心代码一般不超过 字节大小， 内核规模非常小。 除提供功能强大的内核操作系统外，还提供种类丰富的功能模块
7、。例如用于通信系统的局域和广域网络模块、 支持图形应用的实时化 模块、 支持 网的 产品模块、 工控机实时 模块、 图形化用户接口以及应用软件性能分析模块等， 用户可以根据自己的应用来选择不同的应用模块。 串口通信模块设计硬件接口采用 异步串行接口， 选用发送（ ） 、 接收（ ） 和地线三线方式， 其它的握手信号悬空。 是通过 协议和外设间进行串行通信。 收发字符位数是可配置的， 可以是 位。在发送时， 数据从数据总线上写入 个字节深度的发送 ， 然后再被送入移位寄存器转换成串行数据从 引脚输出。在接收时， 数据从 引脚串行地接收，先送入接收移位寄存器， 然后再送入 个字节深度的 。串口通信部分由以下几部分组成： 初始化串口； 配置串口；调入中断服务程序； 发送； 接收数据。 对于大多数分布式控制系统来说， 其通信距离一般为几十米到几千米不等， 显然， 接口不能满足此类系统的要求。在本系统中如果通信距离比较远可以选择
