江苏大学工程硕士学位论文 摘要在一些自动化控制及其他工业控制领域，众多设备的对外通讯接口仍 然是低速串口。串口由于其易用性、可靠性及相对于工控设备而言足够高的通信能力而长盛不衰。然而，串口有一个重大弱点就是传输距离短且无法与网络直接相连，造成设备无法实现远程控制及数据共享，而这些恰恰是实现工业控制高度自动化的必须条件。因此，设计一种使串口设备快捷方便地联网功能的装置非常必要。设计的串口以太网转换器旨在为ＲＳ－２３２串口设备提供联网能力。装置 主要完成主机与串口设备间交流数据的过滤与转发功能，ＲＳ２３２／ＲＳ４８５口到ＴＣＰ／ＩＰ以太网口协议双向转换传输，变传统的串口通讯为网络通讯，实现串口设备的快速联网。 在分析现有串口以太网转换器存在问题的基础上，提出了采用ＡＲＭ作为串口以太网转换器的核心处理器，替代过去低档ＣＰＵ，嵌入式实时操作系统移植到该硬件平台，提高串口以太网转换器的多任务处理能力和实时性的方法。论文主要包括四部分内容：总体方案设计部分，从总体上提出了对硬件总体方案和软件总体结构的设计；转换器硬件平台设计与实现部分，对基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核的ＳＥＰ３２０３微处理器的体系结构进行分析的基础上，提出了串口以太网转换器的硬件结构，设计了该转换器的具体硬件电路和原理图，主要包括处理器模块、存贮器电路、ＲＳ２３２／４８５串口电路、以太网接口电路、ＪＴＡＧ接口电路和ＵＳＢ接口电路等；转换器软件程序设计部分，对嵌入式软件平台Ｎｕｃｌｅｕｓ进行了研究，设计了转换器在ＲＳ２３２模式下和在ＲＳ４８５模式下采用ＭＯＤＢＵＳ ＡＳＣ １１ ／ＲＴＵ通信协议进行串口通信，在分析ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和网络设备初始化的基础上，设计了以太网接口通信，同时在分析了ＵＳＢ通信原理的基础上，设计了ＵＳＢ接口通信。最后给出了ＰＣ端试验程序对设备进行功能及性能测试的结果，并提出了转换器有待进一步深入研究和探索的问题。论文在分析现有转换器的基础上，设计了以ＲＡＭ作为核心处理器的硬件 平台、以实时嵌入式操作系统Ｎｕｃｌｅｕｓ作为软件平台，实现了串口、以太网口和ＵＳＢ口等接口通信，并且设计了整机。该转换器体积小、通信速率高、稳定安全可靠、简便易用和支持二次开发，可以节省您宝贵的时间和已有投资，在串口设备网络化方面有很高的实用价值。关键词：以太网转换器；嵌入式系统；ＡＲＭ内核；接口江苏大学工程硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＭｏｓ ｔ ｐｏｒｔｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｌｏｗ－ｒａｔｅ ｓｅｒｉａｌ ｏｎｅｓｉｎ ｓｏｍｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ． Ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ ｈａｓ ｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｆａｃｉｌｉｙｔ， ｒｅｌｉａｂｉｌｉｙ ｔａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇａｂｉｌｉｙｔ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｉｔ ｉｓ ａ ｖｉｔａｌ ｗｅａｋｎｅｓｓ ｔｈａｔ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔｓ ｏｎｌｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｗｉｔｈｉｎｓｈｏｒｔｄｉ ｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｌｉｎｋｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｔｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ， ｄｅｖｉｃｅｓｃａｎ ｎｏｔ ｅｉｔｈｅｒ ｂｅ Ｔｅｌｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｒ ｓｈａｒｅ ｄａｔｅ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， Ｔｅｌｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄｓｈａｒｉｎｇ ｄａｔｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｓ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｕｒｇｅｎｔｌｙ ｔｏ ｌｅｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｓｅｒｉａｌｐｏｒｔｓ ｕｔｉｌｉｚｅ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ａｉｍ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ＲＳ－２３２ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔｓ ｔｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． Ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｃａｎｆｉｌｔｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｄａｔａ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｏｓｔ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ． Ｔｈｅｄｕａｌ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ＲＳ２３２／ＲＳ４８５ ｔｏ ＴＣＰ／ＩＰ Ｅｔｈｅｒｎｅｔｐｒｏｔｏｃｏｌ ｔｕｒｎｓ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏ ｔｈａｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｔ ｆａｓｔ．ＡＲＭ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ｋｅｙ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆｏｒ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ， ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ＣＰＵ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ． Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｍｕｌｔｉ－ｔａｓｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｂｉｌｉｙａｔ ｎｄｐｅｒｆｏｒｍ ｉｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｗａｙ． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｆｏｕｒ ｐａｒｔｓ： １． ｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ， ｗｈｉｃｈ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ； ２． ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｔｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔＥｔ ｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ＳＥＰ３２０３ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ａｓ ｋｅｒｎｅｌ ｏｎｅ ｉｎ ＡＲＭ７ＴＤＭＩ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｒｔ；３． ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｖｅｔｒｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｄｅｓｉｇｎｓ：ｃｏｎｖｅｔｒｅｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ＲＳ２３２ ａｎｄ ＲＳ４８５ ａｄｏｐｔｉｎｇＭＯＤＢＵＳ ＡＳＣＩＩ／ＲＴＵ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ， ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｎｕｃｌｅｕｓ； Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｂｓａｉｎｇ ｏｎ ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｔａｃｋ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓＩＶ江苏大学工程硕士学位论文ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＵＳＢ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ＵＳＢ ｐｏｒｔｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ． ４． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｒｓｕｌｔ ｒｆｏｍＰＣ ｅｎｄ ｔｅｓｔｅｒ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏｂｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ ａｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｖｉｓｅｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｔａｋｉｎｇ ＲＡＭ ａｓｋｅｒｎｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｅｒａｌ－ｔｉｍｅ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍＮｕｃｌｅｕｓ ａｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｅｒｉｌａｐｏｒｔｓ， Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｐｏｒｔｓ ａｎｄ ＵＳＢ ｐｏｒｔｓ， ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ｗｏｒｋｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｔｏｔｌ ａｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｆｅａｔｕｒｅｓｓｍａｌｌ－ｓｉｚｅ， ｈｉｇｈ ｒａｔｅ， ｇｏｏｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｙｔ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｆａｃｉｌｉｙ ｔａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｕｐｇｒａｄｅｓｕｐｐｏｒｔ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓａｖｅ ｙｏｕ ｖａｌｕａｂｌｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ． Ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｗｏｒｔｈｆｕｌ ｔｏｃｈａｎｇｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔｓ ｔｏ ｊｏｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｋｅｒｎｅｌ，江苏大学工程硕士学位论丈学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口本学位论文属于，在年解密后适用本授权书。不保密囚 学位论文作者豁酬乡签字日期：导师签名：ｐ｝｝ ｖ＂，＆从严石月（／日签字日期：，，ｑ年‘月，旧江苏大学工程硕士学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名季产怨才ａ ｊＶ： ；ｌ年‘”（／日江苏大学工租硕士学位论文第一章绪论１．１研究背景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 外通讯接口仍然是低速串口。串口由于其易用性、可靠性及相对于工控设备来说足够高的通信能力而长盛不衰。以电力系统为例：大量的柱上开关、无功补偿装置、抄表装置、控制器等带有ＲＳ－２３２／４８５串行通讯接口的设备，现有系统中这些设备大部分都没有实现集中监控，只能作到本地显示和控制，只有少部分关键点采用了电话拨号的方式实现了远程监控但无法作到实时监控ｍ。因此现有系统的缺点是：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强劲势头的到来，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，以便提高质量，提高工作效率并降低整体成本。通讯采用以太网，但是大量的ＲＴＵ／ＦＴＵ／ＴＴＵ设备仍然只有串口进行通讯，如何将这些串口设备连接到网络上？显然，完全换掉这些串口通讯的设备是既不经济也不可行的。针对这些需求，采用串口以太网就是解决这些问题的最佳解决方案。而论文设计的串口以太网转换器ＤＴＵ０１正是在这一要求下设计出来的产品。串口以太网转换器在国内外已经开发出一些产品，在国内的有周立功的ＺＮＥ－２００系 列产品【，，、无锡兴洲的ＸＺ－ＲＴＵ３０００＂，系列产品等，国外的Ｎｐｏｒｔ ５２１０－５２３０＇，系列，它们的核心都是单片机，都是设计和制作一个电路板，使得串口信号可以方便地与以太号互相转换，以达到只要通过简单的配置，就可以把使用串口接口的仪器方便地接入以太网，以太网或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网上的其它主机或上网仪器就可以读取该仪器信息，并且能够发出指令控制该仪器动作。但单片机系列产品不利于开发上层应用，一般只做到ＩＰ这一层。同时市场上也有一些８位或１６位微处理器的产品，但由于编译环境和开发环境等方面的原因，不利于功能扩展，正逐渐被３２位处理器所取代，随着３２位嵌入式微处理器价格的下降，３２位处理器的串口以太网转换器是今后的发展方向。论文研究的串口以太网转换器，以国内自主开发的基于ＡＲＭ７内核的ＳＥＰ３２０３作为 核心处理器，提供２３２／４８５到ＴＣＰ／ＩＰ网络之间数据的双向透明传输，串口波特率２４００＾－５７６００，支持常用波特率。大吞吐量（数据最大吞吐量为４００ｋＢｙｔｅ／ｓ）和高可靠性（在５７６００波特率下，双向同时传输１Ｇ大小的文件而不丢帧），真正满足实时数据的无江苏大学工程硕士学位论文差错传输。１．２惫义和目的目前全球企业用户的９ ．０％以上都采用以太网接入，业界已有巨大的网络基础和长期的经验知识，目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的。嵌入式应用中，如果一个嵌入式系统没有以太网接口，其价值将大打折扣。接入以太网后一是可以从中获取实时的数据信息；二是仪器接入网络组成系统有利于数据的集中处理和存储；三是许多工作场所环境恶劣和危险时，让仪器代替人直接处于工作场所，利用网络把仪器连接起来，工作人员只要在控制室就可以轻松完成监视和控制作业。论文设计的串口以太网转换器，用于串口与以太网之间的数据传输，可方便的为串 口设备增加以太网接口。可用于串口设备与ＰＣ机之间，或者多个串口设备之间的远程通信。串口以太网转换器内部集成了ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，用户不需要了解复杂的网络知识以及ＴＣＰ／ＩＰ协议，利用它可以轻松完成嵌入式设备的网络功能，节省人力物力和开发时间，使产品更快的投入市场，增强竞争力。转换器提供了三种下载方式：ＵＳＢ口、串口及网口，并预留了４个接口供用户选择。在设备上电后１０秒之内，可以通过三种方式中的任意一种使串口以太网转换器进入配置模式，并利用ＵＢＯＯＴ命令对设备进行程序及数据高速下载，十分方便，在串口设备网络化方面有很高的实用价值。串口以太网转换器广泛应用于工业自动化、电力设备、门禁／保安控制、医疗／保健 自动化、银行自动化、证券交易、大楼自动控制、销售点（ＰＯＳ）、信息家电系统等方面。其典型应用如图１－１所示。图１－１ １ＹＮ０１典型应用１．３研究内容在分析现有串口以太网转换器存在问题的基础上，提出采用ＡＲＭ作为转换器的核心江苏大学工程硕士学位论文处理器，以实时嵌入式操作系统Ｎｕｃｌｅｕｓ作为系统平台，完成主机与串行设备间数据的过滤与转发功能，包括ＴＣＰ／ＩＰ以太网接口与ＲＳ２３２口、４８５口、ＵＳＢ口的双向传输，实现串行口设备的快速联网。论文的主要内容分四部分实现：一是总体方案设计部分，从总体上提出了对硬件总 体方案和软件总体结构的设计；二是转换器硬件部分的设计，在对基于ＡＲＭ７内核的ＳＥＰ３２０３微处理器的体系结构分析的基础上，提出了串口以太网转换器的硬件结构，设计了该转换器的具体硬件电路和原理图，主要包括处理器模块、存贮器电路、ＲＳ２３２／４８５串口电路、以太网接口电路、ＪＴＡＧ接口电路和ＵＳＢ接口电路等；三是转换器软件部分的设计，在对嵌入式软件平台Ｎｕｃｌｅｕｓ进行研究的基础上，设计了转换器在ＲＳ２３２模式下和在ＲＳ４８５模式下采用ＭＯＤＢＵＳ ＡＳＣＩＩ ／ＲＴＵ通信协议进行串口通信的方法，在分析ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和网络设备初始化的基础上，设计了以太网接口通信模块，同时在分析了ＵＳＢ通信原理的基础上，设计了ＵＳＢ接口通信模块；最后给出了ＰＣ端试验程序对转换器进行功能及性能测试的结果，对结果进行了分析，并提出了转换器有待进一步深入研究和探索的问题。江苏大学工程硕士学位论文第二章总体方案设计嵌入式系统的设计要始终面向应用，可以根据实际的应用需求进行软件和硬件的添 加和删除，并且不会影响到其它硬件模块的正常运行。而且，对系统的功能、可靠性、成本、功耗有着严格的要求。正是因为嵌入式系统有这些特点和要求，所以在整个串口以太网转换器设计的开始到结束必须有计划有步骤的进行。２．习串口以太网转换器总体方案通过对转换器功能要求的分析，本转换器总体设计方案如图２－１所示。 图２ －１串口以太网转换器总体设计方框图串口以太网转换器总体设计分为两部分：一是串口以太网转换器的硬件设计，包括 以太网转换器的设计及接口电路的设计。以太网转换器中的硬件包括核心处理器、存贮器、监控和看门狗电路、时钟电路等，是整个串口以太网转换器的核心部分；接口电路设计包括ＲＳ２３２／４８５接口设计、以太网接口设计和ＵＳＢ接口电路的设计等。二是软件部分设计，以太网转换器部分主要解决嵌入式系统的系统初始化、启动，接收数据包、处理和转换数据、并把打好的数据包发出；以太网口通信部分实现网络协议，以太网接口芯片接收转换器发来的数据包，按网络格式将其发出，同时网络信号通过ＲＪ４５插头再到网络接口芯片处理完毕后，将有效的数据留在自己的寄存器中，供核心处理器阅读；其它三个ＲＳ２３２， ＲＳ４８５， ＵＳＢ接口外面连接不同的外部设备，分别实现各自的协议，与之通信。２．２串口以太网转换器的硬件组成串口以太网的主要功能是完成串口设备的网络化，并提供串口、以太网口以及ＵＳＢ 口三种下载方式。根据这个功能要求，其硬件组成如图２－２所示。各模块组成如下： 江苏大学工程硕士学位论文图２－ ２串口以太网转换器的硬件组成嵌入式处理器：嵌入式处理器作为整个系统的硬件平台，选用东南大学国家集成电 路中心开发的基于ＡＲＭ７ＴＤＭ工内核的ＳＥＰ３２０３芯片。监控和看门狗电路：本电路的设计采用Ｍａ ｘｉｍ公司推出的小尺寸、低功耗的ＭＡＸ８２３，它是一个具有５管脚ｕｐ（微处理器）监控电路，并有看门狗和手动输入的芯片。存储器：本转换器选用ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ芯片ＩＮＴＥＬ ＴＥ２８Ｆ１６０Ｃ３ＢＤ７０来存放ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ和程序代码，还选用ＳＤＲＡＭ芯片Ｗ９８６４１６ＢＨ－６来存放临时数据以及作为堆栈区和程序的运行空间。申口：根据用户的需求提供串口下载的功能。本串口在ＲＳ２３２模式下采用ｍａｘ３２２１ 芯片，在ＲＳ４８５模式下用ｍａｘ３０７２芯片。以太网口：用ＲＴＬ８０１ ９ＡＳ接口芯片并与ＲＪ４５接口相连组成以太网接口，供用户提供以太网口下载功能。ＵＳＢ口：本接口选用Ｐｈｉｌｉ ｐｓ公司的ＰＤＩＵＳＢＤＰＩＩＡＤ芯片，供用户提供ＵＳＢ口下载功能。ＪＴＡＧ调试接口：可对芯片内部的所有芯片进行访问，通过该接口可对转换器进行 调试、编程等。电源：对于串口以太网转换器来讲，电源部分至关重要，它为整个硬件部分工作电 源。本转换器需要三种电压，分别是２．５Ｖ， ３． ３Ｖ， ５Ｖ。转换器首先从ＡＣ２２０Ｖ经过ＡＣ－ＤＣ转换得到ＤＣ５Ｖ电源，再经过ＬＤＯ转换芯片得到３． ３Ｖ和２．５二种。转换芯片我们从电流功率、纹波系数、稳定性和价格方面来考虑，采用ＡＭＳ１１１７。这个芯片输入电压为３． ０－１２Ｖ，江苏大学工程硕士学位论文输出电流可达８００ｍＡ．时钟电路：时钟电路用于向嵌入式处理器及其他电路提供工作时钟。在该系统中 ＳＥＰ３２０３芯片需要两路时钟，分别由３２． ７８６ＫＨｚ和ＩＯＭＨｚ两个晶振提供提供两路时钟，一路３２．７６８ＫＨｚ为系统ＲＴＣ提供工作时钟，另一路ＩＯＭＨＺ为ＳＥＰ３２０３微处理器提供工作时钟，通过片内一个ＰＬＬ电路倍频为７５ＭＨｚ作为微处理器的工作时钟；通过片内另一个ＰＬＬ电路倍频为４８ＭＨｚ作为ＵＳＢ Ｉ Ａ设备控制器模块的工作时钟。２．３软件总体结构设计在硬件设计的基础上，对串口、以太网口和ＵＳＢ口的通信 进行软件设计，转换器软件部分的总体结构如图２－３所示。由于本转换器是多任务操作，同时要满足实时性等方面的要求，应用程序如果采用无操作系统的多进程的任务调度，远远不能满足转换器的要求，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Ｎｕｃｌｅｕｓ。软件设计首先完成根据目标环境进行系统配置，建立板级支撑程Ｎ ｕｃｌｅｕｓ嵌入式操作系统序ＢＳＰ。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Ｂｏａｒｄ＿ Ｉｎｉｔ ０、图２－３系统软件设计结构Ｐｍｃ－ｉｎｉｔ ０、Ｔｉｍｅｒ－ｉｎｉｔ０、ＩＮＴ－Ｉｎｉｔｉａｌｉｚ ０、Ｕａｒｔ－ｉｎｉｔ（）等来实现。其次对Ｍｏｄｕｂｓ，ＴＣＰ／ＩＰ， ＵＳＢ等通信协议，使各接口芯片能收发这些总线数据，实现这些协议。然后在Ｎｕｃｌｅｕｓ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、ＵＳＢ接口通信等模块的功能。２．４本章小结本章主要介绍串口以太网转换器的总体设计，包括以太网转换器部分和接口部分的设计。然后根据总体要求，从硬件和软件两个方面考虑各部分的总体设计。江苏大学工程硕士学位论文第三章串口以太网转换器硬件电路设计３．１硬件电路结构图３－１串口以太网转换模块硬件结构原理图 为了实现该转换模块的研究，首先要选择一个硬件平台即嵌入式处理器。由于ＡＲＭ 是基于精简指令系统（ＲＩＳＣ）的３２位内核，代码效率高，运行速度快，综合性能强，在基于ＡＲＭ体系结构的嵌入式ＣＰＵ中，基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ体系结构的ＳＥＰ３２０３嵌入式微处理器拥有较好的技术支持，因此本转换器选择ＳＥＰ３２０３作为硬件平台；转换器必须要有电源，供整个转换器用；由于用户需要的转换器要有串口、ＵＳＢ和网口下载等功能，并且工控仪器的波特率一般为２４００－５７６００之间，因此本转换器要有ＲＳ２３２／４８５串口、ＵＳＢ接口和ＲＪ４５以太网口，以太网口与嵌入式芯片之间要有一个网络模块；根据ＳＥＰ３２０３的启动方式和程序代码存贮等的要求，本转换器要有Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ和Ｓｄｒ‘来储存，同时为了满足部分用户使用中需要储存的要求，预留一个Ｎｏｒ ＳＰＩ Ｆｌａｓｈ来实现这一功能要求：为了保证转换器能够可靠地工作，需要设置监控及看门狗电路：同时工作时需要有工作时钟，因此需要有时钟电路；转换器完成后需要进行调试，因此还预留了一个ＪＴＡＧ接口：有的用户可能还要用键盘进行一些操作，故本转换器预留了一个ＧＰＩ Ｏ接口；有的用户还需要有ＬＥＤ屏显示和ＵＡＲＴ功能，因此本转换器预留了一个ＬＥＤ屏接口和一个江苏大学工程硕士学位论文ＵＡＲＴ接口。串口以太网转换器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、ＵＳＢ口的下载功能。该转换器的方案设计如图３－１所示。３．２基于ＡＲＭ７ＴＤＭ１的ＳＥＰ３２０３的体系结构该转换器选择由东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ 处理器内核设计的１６／３２位ＲＩＳＣ微处理器ＳＥＰ３２０３芯片。其芯片架构框图如图３－２ｃ６）所示。它面向低成本手持设备和其它通用嵌入式设备，为用户提供了丰富的外设、低功耗管理和低成本的外存配置，处理器采用２． ５Ｖ内核供电，３． ３Ｖ外围１０供电，工作温度范围一４０摄氏度￣＋８０摄氏度，典型功耗为２５０ｍＷ（ＭＰ３播放实时），Ｓｌｅｅｐ功耗为１００ｕｗ，芯片典型工作频率７５ＭＨｚｏ图３－２ ＳＥＰ３２０３系统架构框图３．２．１ ＡＲＭ７ＴＤＭ．内核ＡＲＭ７ＴＤＭＩ处理器是ＡＲＭ７处理器系列成员之一，是目前应用较广的３２位高性能嵌入 式ＲＩＳＣ处理器。１．ＡＲＭ７ＴＤＭＩ的组成 ＡＲＭ７ＴＤＭＩ的组成框图如图３－３＇ ６，所示，其主要组成部分如下（７］寄存器堆（ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｂａｎｋ）：用来存储处理器的状态。它有两个读端口和一个写端口，而Ｒ１５（程序寄存器）则有三个读端口和一个写端口；移位器（ ｂａｒｒｅｌ ｓｈｉｆｔｅｒ）：能使一个操作数移动或循环任意位；江苏大学工程硕士学位论丈ＡＬＵ：完成指令集所需要的算术和逻辑运算功能：寄存器与累加器：选择或使用已有的存储器地址，在需要时产生下一个地址：数据寄存器（ｄａｔａ ｒｅｇｉｓｔｅｒ）：用来暂存输入或传出存储器的数据；指令译码器和控制逻辑。图３－ ３ ＡＲＭ７ＴＤＭ１框图在一个单循环数据处理指令中，将采用两个寄存器的操作数。Ｂ总线上的数据将通 过移位与Ａ总线上的数据在ＡＬＵ中合并，结果被写回寄存器组。程序寄存器中的值将存进地址寄存器，值再从这里放进加法器，加后的值再写回寄存器库中的Ｒ１５和地址寄存器，作为下一指令的取地址。２．指令流水线Ｉ ｓ）ＡＲＭ７ＴＤＭＩ的指令流水线采用３级流水线。流水线的操作如下所示： ＡＲＭ Ｔｈｕｍｂ 流水线执行所做的工作（指令的地址）（指令的地址）阶段 江苏大学工程硕士学位论文ＰＣＰＣ－４ＰＣ－８ＰＣＰＣ－２ＰＣ－４取指译码指令从存储器中取出对指令进行译码执行从寄存器组中读出寄存器的值，执行移位和ＡＬＵ操作，结果写回到寄存器组读取：从存储器中取出指令并放进指令流。 译码：指令译码，数据控制信号将准备下一个周期。这一阶段，指令拥有译码逻辑， 但不拥有数据路径。执行：指令拥有数据路径；寄存器组被读，一个操作数被移位，ＡＬＵ产生的结果被 写回目标寄存器。３．存储器访问 ＡＲＭ７ＴＤＭ工核是Ｖｏｎ Ｎｅｕｍａｎｎ体系结构，使用单一３２位数据总线传送指令和数据，只有加载，存储和交换指令可以访问存储器中的数据。数据可以是８位（字节）、１６位（半字）和３２位（字）。其中，字必须是４字节边界对准，半字必须是２字节边界对准。４．存储器接口 ＡＲＭ７ＴＤＭ工的存储器接口被设计成在使用存储器最少的情况下实现其潜能。速度关键 的控制信号是流水作业的，以允许在标准低功耗逻辑下实现系统控制功能。这些控制信号方便了许多片内和片外存储器技术支持的快速突发访问模式的开发。５．嵌入式ＩＣＥ－ＲＴ逻辑 嵌入式Ｉ ＣＥ－ＲＴ逻辑为ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核提供了集成的在片调试支持。可以使用嵌入式ＩＣＥ－ＲＴ逻辑来编程断点和观察点出现的条件。嵌入式Ｉ ＣＥ－ＲＴ逻辑包括调试通信通道（ＤＣＣ， Ｄｅｂｕｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）。ＤＣＣ用于在目标核宿主调试器之间传送信息。嵌入式ＩＣＥ－ＲＴ逻辑通过ＪＴＡＧ （Ｊｏｉｎｔ ＴｅｓｔＡｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ）调试访Ｉｌ口进行控制。ｂ ６． ＡＲＭ７ＴＤＭＩ微处理器结构［９）ＡＲＭ７ＴＤＭ工是ＡＲＭｖ４Ｔ体系结构的一种实现，它有两套指令集： ３２位ＡＲＭ指令集和１６位Ｔｈｕｍｂ指令集ｏ ＡＲＭ７ＴＤＭ工存储空间由字节为单位组成，从０开始编码，由于ＡＲＭ７ＴＤＭ工的地址线是３２位的，因此可以寻址４Ｇ的地址空间，实际上在嵌入式应用中根本不需要用到如此大的地址空间，所以一般都有芯片来决定最大的寻址空间。字节０至字节３存放第一个字，字节４至字节７存放第二个字，依次类推。ＡＲＭ７ＴＤＭＩ可以支持存储的小模式和大模式。ＡＲＭ７ＴＤＭＩ支持７种操作模式如下：分别是用户模式（ｕｓｒ）、快速中断模式（ｆｉｑ）、中断模式（ｉｒｑ）、监控模式（ｓｖｃ）、终止模式（ａｂｔ）、系统模式（ｓｙｓ）、无定义模式（ｕｎｄ）。江苏大学工程硕士学位论文除用户模式以外，其余的所有６种模式称之为非用户模式，或特权模式（Ｐｒｉｖｉｌｅｇｅｄ Ｍｏｄｅｓ）：其中除去用户模式和系统模式以外的５种又称为异常模式（Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｓ），常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。ＡＲＭ７ＴＤＭ工共有３７个寄存器，３１个为３２位通用寄存器，６个为状态寄存器．但这些 寄存器不能同时被访问，处理器的状态和操作模式决定了那些寄存器可以被访问。３．２．２接口电路ＳＥＰ３２０３的接口比较多，其接口有ＥＭＩ接口、ＳＰＩ串行外设接口、ＵＳＢ设备接口、ＭＭＣ 卡接口、ＬＣＤＣ接口、ＵＡＲＴ接口等，这里我们以下载时用到的两种接口一ＵＡＲＴ和ＵＳＢ接口作一介绍。１． ＵＡＲＴ接口ＳＥＰ３２０３芯片的Ｕ ＡＲＴ单元提供两个的异步串行Ｉ／０口（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＳｅｒｉａｌＩ／０， ＳＩＯ），每个通讯口均可工作在中断模式或ＤＭＡ模式，也即ＵＡＲＴ能产生内部中断请求或ＤＭＡ请求在ＣＰＵ和串行Ｉ／０口之间传送数据。其功能框图如图３－４［１０］，脚脚一那一。』１娜一＂一．一哪一｝ＦＩＦＯ｝Ｔｘ｝ＦＩＦＯ｝ＲｘＢａｕｄＲａｔｅ ＧｅｎｅｒａｔｏｒＩｎｔｅｒｒｕｎｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ吕己‘召月。。遭』目任￣ 叱０ 国￣ ｄｏａ图３－４ ＵＡＲＴ模块功能框图ＳＥＰ３２０３芯片的ＵＡＲＴ单元特性包括：字符编码７－８位：可配置的奇偶校验；对ＲＴＳ， ＣＴＳ信号提供硬件控制流支持；对ＤＳＲ， ＤＣＤ， ＲＩ信号提供软件控制流支持；对各种控制流和Ｆ工ＦＯ状态提供各种状态标志；串行红外接口：发送Ｆ工ＦＯ空时可触发中断；ＥＮＡＢＬＥ／ＤＩＳＡＢＬＥ ＵＡＲＴ内部时钟；ＥＮＡＢＬＥ／ＤＩＳＡＢＬＥ接收器和发送器；ＲＴＳ信号，红外接口的异步ＷＡＫＥ信号，接收器异步ＷＡＫＥ信号将使ＭＣＵ从ＳＴＯＰ模式中唤醒；２个ＤＭＡ请求（发送器ＦＩＦＯ的ＤＭＡ请求和接收器的ＦＩＦＯ的ＤＭＡ请求）。江苏大学工程硕士学位论文每一个异步串行通讯口都具有的波特率发生器、发送器、接收器和控制单元。 波特率发生器可由片内系统时钟ＭＣＬＫ驱动，或由外部时钟ＵＣＬＫ （Ｐｉｎ６４）驱动；发送器和接收器都有的数据缓冲寄存器和数据移位器。２． ＵＳＢ设备接口ＵＳＢＤ模块作为ＵＳＢ协议当中定义的设备（ ＵＳＢ ＤＥＶＩＣ日控制模块，负责与ＵＳＢ协议中定义的主机（ＵＳＢ ＨＯＳＴ）进行通信，完成协议规定的处理过程，通过ＵＳＢ协议完成芯片与ＵＳＢ主机控制器之间的数据传输。本ＵＳＢＤ模块包含以下特性：４８ＭＨＺ的系统时钟；兼容ＵＳＢ１． １协议；ＵＳＢＤ外挂异步ＦＩＦＯ，发送和接受Ｆ工ＦＯ都为３２ｘ１６：一个配置，三个端点（ＣＯＮＴＲＯＬ端点和一个ＩＮ端点、一个ＯＵＴ端点）；发送和接收包大小固定为６４字节；ＤＭＡ传输方式，支持ＤＭＡ的ＢＵＲＳＴ和ＳＩＮＧＬＥ传输方式；全部同步设计。ＵＳＢＤ模块包含了两个主要部分，一个是接口模块（ｉ ｎｔｅｒｆａｃｅ），完成从系统ＡＰＢ总线桥和ＤＭＡ控制模块的控制传输到协议处理模块的连接；另一个则是协议处理模块（ｕｓｂ＿ ｃｏｒｅ），完成ＵＳＢ协议的硬件处理，并同ＵＳＢ的ＰＨＹ相连，实现同ＵＳＢ主机的通信。整个模块的结构框图如下图３－５所示Ｃｉａｌ图３－５ ＵＳＢＤ模块连接情况３．３硬件模块设计３．３．１ 处理器模块嵌入式开发的硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什么 样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易程度等因素。选择合适的嵌入式ＣＰＵ可从以下几个方面来综合考虑：首先选嵌入式ＣＰＵ的位数，通 江苏大学工程硕士学位论文常，位数的高低往往反映着ＣＰＵ性能的高低；其次选嵌入式ＣＰＵ的技术支持，是否有便于设计和调试的集成开发环境，是不是有比较好的调试方法及调试工具：再者选嵌入式ＣＰＵ的集成外设，能否最大限度的减少周围接口电路的复杂性；此外，还应该注意选ＣＰＵ的生命力与以后的发展空间。综合考虑之后，选择基于ＡＲＭ体系结构的嵌入式ＣＰＵ最合适。其优势在干： ：ＡＲＭ是基于精简指令系统ＲＩＳＣ的３２位内核、代码效率高、运行速度快、综合性能强；ＡＲＭ公司是靠出售内核许可权赢利的ＩＰ公司，本身并不生产芯片，使得其能更加专注于设计，提供更加完善的服务；而且其芯片集成种类多、设计性能突出，普遍具有较高的性能价格比，比较完善的集成开发环境和调试测试手段（如ＪＴＡＧ， ＥｍｂｅｄｄｅｄＩＣＥ，ＲｅａｌＭｏｎｉｔｏｒ等）也是其一大优点。在基于ＡＲＭ体系结构的嵌入式ＣＰＵ中，选用我国自行设计的基于ＡＲＭ７ＴＤＭ工体系结构的ＳＥＰ３２０３嵌入式微处理器在国内拥有较好的技术支持。下面对其简要介绍：ＳＥＰ３２０３微处理器是由东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心面向低 成本手持设备和其它通用嵌入式设备而设计的微控制器解决方案，它使用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核，可以运行在７５ＭＨｚ。为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：内嵌２０Ｋｂｙｔｅ的ＳＲＡＭ、外部存贮器控制器、ＬＣＤ控制器、６个ＤＭＡ通道、２通道ＵＡＲＴ， 多媒体加速模块ＭＭＡ， ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ控制器、实时时钟（ＲＴＣ ）、四通道的定时器和两通道的ＰＷＭ、同步串行通信ＳＰＩ， ＵＳＢ１． １ Ｄｅｖｉｃｅ控制器、ＡＣ９７协议的控制器、ＭＭＣ／ＳＤ卡控制器等。３．３．２存贮器模块存储器系统的好坏关系到整个系统的设计成败，包括ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ，ＮＯＲＦＬＡＳＨ，ＳＤＲＡＭ， 结合ＳＥＰ３２０３芯片特色，从存储器性能（包括容量、读写访问速度、功耗等）和价格两个方面进行选用和设计。由于ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ和ＳＤＲＡＭ的配合使用，既能发挥ＳＥＰ３２０３芯片的特点，又能有效提高速度和降低系统的开销（能够使系统的驱动软件和操作系统简洁高效），为此本转换器选用ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ和ＳＤＲＡＭ两种存贮器。该转换器所选用的ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ是ＩＮＴＥＬ ＴＥ２８Ｆ１６０Ｃ３ＢＤ７０（＂３，该芯片的主要特点是：１０万次擦写循环、可配置成８位或１６位模式、１６ Ｍｂｉｔ容量、３２个６４－ｋｂｙｔｅ的块、２个３２字节的写缓冲块、７０ｎｓ的访问速度、ＴＳＯＰ封装。器件中的命令用户接口是系统处理器和内部设备操作的接口。当一个有效的命令序列写入ＣＵＩ时，器件被自动初始江苏大学工程硕士学位论文图３－６ ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ ＴＥ２８Ｆ１６０Ｃ３８Ｄ７０存储系统电路图化。通过内部写状态机可自动块擦除、编程和块锁存操作所需的算法进行定时配置。数据可按字节、字或页进行编程。编程的中断方式可以使系统从任意位置的Ｆｌａｓｈ存储器读数据或执行代码。另外，该器件的两个３２个字节写缓冲区均允许编程操作，这一特性可以明显提高编程速度，其速度大约是无缓冲区编程操作的８倍。该ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ存储系统电路图如图３－６所示。工况下的电流，发现Ｗｉｎｂｏｎｄ公司的ＳＤＲＡＭ在各种工况下的电流几乎都比其它公司的小，其容量也比较适中，所以我们选用Ｗｉｎｂｏｎｄ公司的Ｗ９８６４１６ＢＨ－６＂，其容量为８ＭＢｙｔｅｓ，读写访问速度高于ＳＥＰ３２０２芯片的典型工作时钟７５ＭＨｚ，从而消除了存储器访问瓶颈；ＳＤＲＡＭ更具体的内容可参考Ｗ９８６４１６ＢＨ－６用户手册。该公司还有一种专门适用干低功Ｕ．的型号Ｗ９８１２１６ＢＨ－７Ｉ，与Ｗ９８１２１６ＢＨ－６的封装形式一样，如果从降低功耗方面。－霆斌．Ｇｔｄ ２６ １＿一－－一一－月月ＷＰ劝汉林初１ 。一｝巧ｅ０扮一一２Ｓ州９（ｇ ＶＱ：卜福争输一一１ｔ州塑 ４＇Ｑｘ２卜一ＲＥＳＥＴ一一１１州＊ＷＥ＿｝”．ＷＰ‘一一１Ａ－一｝ｓ＂ Ｇｍ卜云石１７Ｄ卜￣二二ＹＹ兮卜一节ＳＤＲＡＭ的主要生产厂商有Ｍｉ ｃｒｏｎ． Ｈｙｎｉｘ， ＩＳＳＩ和Ｗｉｎｂｏｎｄ等，通过比较其各种鬓一燕澎Ｃ匆众呼即ＤＱＩ即哪邸哪哪冲哪卿卿哪卿ＤＱＵ哪哪吞‘ｊ 七Ｌ４Ｄ乞Ｊ ７药ａＹｓＹＹＵＵＵ 乃ｕ石瓦 ａ仁心 ｘ目 ＯＩ 劝， 亡ｋ一一 刀石 刀呜 刀月 习口Ｄ［ 冲ｊ 八口 ．．目．．．．．．．．目口目目．．． 人匕 八之 泊Ｊ Ａ月 血舀 肉司 孟． 离． ‘幼写主卜几Ｌ血 人１ １性绝乞－－图３－７ Ｗ９８６４１６ＢＨ－６电路连接图江苏大学工程硕士学位论文考虑也可改用该型号。ＳＤＲＡＭ电路连接图如图３－７ｅ考虑到ＦＬＡＳＨ存储容量的可扩展性，转换器预留了一个具有ＳＰＩ总线接口的串行 Ｆｌａｓｈ存储器，只需更改软件便可使用更大容量的存储器，因此选择ＡＴＭＥＬ公司的串行ＳＰＩ存贮器ＡＴ４５ＤＢ１６１Ｂ＂３１，它具有体积小、容量大、功耗低和硬件接口简单的特点；具有２Ｍ字节的存储容量，同时内部集成了２个与主存页面相同大小的ＳＲＡＭ缓存，极大地提高了整个系统的灵活性，简化了数据的读写过程。擦除通过指令序列完成，以块为单位，写入操作必须通过指令序列来完成，以字节或字为单位，每写入一个字节或字只需十几微秒。芯片带软件和硬件写保护，保证数据的安全。ＡＴ４５ＤＢ １６１ Ｂ串行Ｆｌａｓｈ存贮器电路连接图如图３－８所不。图３－８串行Ｆｌａｓｈ存贮器ＡＴ４５ＤＢＩ６１电路连接图３．３．３ ＲＳ２３２／４８５接Ｃ］几乎所有的微控制器、ＰＣ都提供串行接口，使用电子工业协会（ＥＩＡ）推荐的 ＲＳ－２３２一标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和ＭＯＤＥＭ进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和ＭＯＤＥＭ，而直接进行端到端的连接。要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要ＲＸＤ， ＴＸＤ和ＧＮＤ即可［Ｎ７，因此本系统直接采用凤凰端子接口。由于ＲＳ－２３２｛标准所定义的高、低电平信号与Ｇａｒｆｉｅｌｄ系统的ＬＶＴＴＬ电路所定义的高、低电平信号完全不同，ＬＶＴＴＬ的标准逻辑“１”对应２Ｖ－３． ３Ｖ电平，标准逻辑＂０；对应ＯＶ－０． ４Ｖ电平，而ＲＳ－２３２｛标准采用负逻辑方式，标准逻辑＂１”对应一５Ｖ－－１５Ｖ电平，标准逻辑＂０”对应＋＋５Ｖ＾－＋１５Ｖ电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，目前常使用的电平转换电路为ＭＡＸ３２２１芯片〔“〕，关于ＭＡＸ３２２１更具体的内容可参考ＭＡＸ３２２１用户手册。ＳＥＰ３２０３芯片支持２通道ＵＡＲＴ，本系统使用两路ＭＡＸ３２２１芯片来实现两路串口ＵＡＲＴ的ＲＳ２３２接口通信。ＭＡＸ３２２１在电路中的连接如图３－９所示。江苏大学工程硕士学位论文图３－ ９ ＭＡＸ３２２１芯片在电路中的连接图一般的Ｐ Ｃ机串行口为标准ＲＳ２３２口，根据标准规定：ＲＳ２３２采用负逻辑，即：逻辑＂１”为一５Ｖ＾－－１５Ｖ，逻辑＂０”为＋５Ｖ＾－＋１５Ｖ：另外，驱动器最大只允许有２５００ｐＦ的电容负载，且通信距离受此电容。因此，１５０ｐＦ／ｍ的通信电缆的最大通信距离为１５ｍ，若每米电缆的电容量有所减少，则通信距离即可增长。ＲＳ２３２传输距离较短的另一原因是其属于单端信号传送，这种传送存在共地噪声且不能抑制共模干扰，因此，ＲＳ２３２一般用于２０ｍ以内的通信。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， ＲＳ２３２接口不能满足此类要求。在本系统中如果通信距离比较远可以选择是ＲＳ４８５接口。ＲＳ４８５收发器采用的平衡发送和差分接收具有抑制共模干扰的能力，加上收发器具有很高的灵敏度，能检测低达２００ｍＶ的电压，因此，传输信号可在千米以外得到恢复。在这种分布式控制系统中，通信是系统的关键，也是系统设计时首先要考虑的问题。 ＭＡＸ３０７２＂＂是美国Ｍａｘｉ。公司生产的一种ＲＳ４８５接口芯片，它使用单一电源Ｖｃｃ，电压在３． ０＾－５． ５Ｖ范围内均能正常工作，可以完成ＴＴＬ与ＲＳ４８５之间转换。 该芯片与普通的ＲＳ－４８５收发器相比有一个显著的特点，那就是片内Ａ， Ｂ引脚接有高能量瞬变千扰保护装置（如图３－１０所示），可以承受峰值为４００Ｗ（典型值）的过压瞬变。由于引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关千扰等，因而它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对于一些环境比较恶劣的场合，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，即当输入端开路时，其输出为高电平，这样，即使在接收器输入端电缆有开路故障时，也不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为ＲＳ４８５标准输入阻抗的２倍（＞２４ｋ ｆ２），故可在总线上江苏大学工程硕士学位论文图３－１ ０ ＭＡＸ３０７２功能连接图图３－１１ ＭＭ３０７２工作原理图连接２５６个收发器。其工作原理如图３－１１所示。其中：图３－１１ Ｃａ）表示在Ｃ＝１时，发送使能端ＤＥ为高电平，接收使能端ＲＥ为低电平，ＭＡＸ３０７２作为发送器；而图３－１１ （ｂ）则表示Ｃ＝０时，接收使能ＲＥ为高电平，发送使能端ＤＥ为低电平，ＭＡＸ３０７２作为接收器。本转换器中ＲＳ４８５接口有两个，ＲＳ４８５接口连接器采用ＤＢ－９的９芯插头座，与终端 ＲＳ４８５接口采用ＤＢ－９（孔）。其中一路的具体实现电路如图３－１２所示。图３－１ ２ ＲＡＸ３０７２连接图３．３．４网络接口ＳＥＰ３２０３芯片内部没有集成网络模块，但ＳＥＰ３２０３芯片设计的接口丰富，可以方便 地扩展。考虑使用中可能对网速的要求比较高，因此本系统选用了ＩＯＭ的以太网接口。本系统的网络接口采用ＲＥＡＬＴＥＫ公司的ＲＴＬ８０１９芯片。ＲＴＬ８０１９ＡＳ是一种高度集成的以太网芯片，能简单的实现Ｐｌｕｇ ａｎｄ Ｐｌａｙ并兼容ＮＥ２０００。由于它拥有三种等级的掉电模式，所以它是绿色电脑的网络设备的理想选择。在全双工模式下，如果是连接到一个同样是全双工的交换机或集线器，就可实现同时接收和发送。ＲＴＬ８０１ ９ＡＳ支持１６ＫＢｙｔｅ， ３２ＫＢｙｔｅ， ６４ＫＢｙｔｅ的ＢＲＯＭ，另外还支持ＦＬＡＳＨ ＭＥＮＯＲＹ和页访问方式，最大支持４ＭＢｙｔｅ （１６Ｋ Ｘ ２５６ ），此外还支持在运行完ＢＲＯＭ后释放内存以供系统其他程序的运行。ＲＴＬ８０１９ＡＳ采用了１００ ｐｉｎ ＰＱＦＰ封装（１７］。网络接口模块的系江苏大学工程硕士学位论文统连接示意图如图３－１３所示。由图３－１３可知，以太网接口通过系统总线外扩而成。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的地址使用方式图３－１３以太网接口系统连接图有５位、８位、Ｉ１位三种。使用５位地址就可以访问ＲＴＬ８０ｔ９ＡＳ所有的寄存器，实现最图３－１４ ＲＴＬ８０１９ＡＳ电路图江苏大学工程硕士学位论文简单的网络功能。本系统使用８位地址满足了操作系统对远程ＤＭＡ端口的需求。网络接口模块和ＳＥＰ３２０３微处理器的连接线比较简单，在ＰＣＢ板上布线比较规则。 网络接口芯片ＲＴＬ８０１９的实际电路连接图如图３－１４所示［ｉｅ）。网口选用了内置变压及指示灯的ＲＪ４５网络接口，实际电路图如图３－１５所示，对比ＳＥＰ３２０３微处理器的ＳＲＡＭ接口协议，由于总线没有等待信号，所以没有使用ＩＯＣＨＲＤＹ信号。由于ＳＥＰ３２０３微处理器总线的最低数据位宽是１６位，所以ＩＯＣＳ１６Ｂ固定置于１６位方式。ＬＥＤ ＣＯＩ， Ｒ３３Ｍｏ一骊 二＝一，言州ＲＤｆ＿卞洲ＣＸ ｎＲ４ ９ －全州。Ｎ。ｒ广．．｛笼于习一峙，气一州ＵＮＤ桩犷ｖｒｌｒ＇ｉＷＹ１Ｔ渗兮州（： ｒ１ＴＶ＂ ７Ｔ＋于洲１７｝‘‘‘‘中妇￣－‘备－叫ｌｒ片 Ｔ ＴＰＰｎＴＭ４－＋干日。ＬＩＤＲＸ一 ３Ｒ３５１０１图３－１ ５ ＲＪ４５网络接口电路图器３． ３． ５ ＪＴＡＧ接口ＪＴＡＧ（ Ｊｏｉｎｔ Ｔｅｓｔ Ａｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，ＪＴＡＧ技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路ＴＡＰ （Ｔｅｓｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｒｔ，测试访问口），通过专用的ＪＴＡＧ测试工具对内部节点进行测试。目前大多数比较复杂的器件都支持ＪＴＡＧ协议，如ＡＲＭ， ＤＳＰ， ＦＰＧＡ器件等，ＳＥＰ３２０３芯片同样支持ＪＴＡＧ协议。标准的ＪＴＡＧ接口是５线：ｎＴＲＳＴ， ＴＭＳ， ＴＣＫ， ＴＤＩ， ＴＤＯ，分别为复位信号、测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。ＪＴＡＧ测试允许多个器件通过ＪＴＡＧ接口串联在一起，形成一个ＪＴＡＧ链，能实现对 各个器件分别测试。ＪＴＡＧ接口还常用于实现ＩＳＰ （Ｉｎ－Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ在系统编程）功能，如对ＦＬＡＳＨ器件进行编程等。通过ＪＴＡＧ接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前ＪＴＡＧ接口的连接有两种标准，即１４针接口和２０针接口，系统使用了２０针接口。图３－１６是ＪＴＡＧ接口和ＳＥＰ３２０３微处理器的系统连接示意图。图３－１７是实际ＪＴＡＧ电路连接图。江苏大学工程硕士学位论文Ｉｍｌｍ扭口哎１－１１｝９ｄＯＲＢＴＩ６｝ ＇Ｄ［ＨＣ７ＲＹＸＯＳ Ｔ１ ３７１ Ｉ１ Ｔｆ ｍＩＮ１１ ３：ｆ ３ （ ｝ＯＣＮ Ｄ＇ 图３－１ ６ ＪＴＡＧ接口连接图３． ３． ６ ＵＳＢ接口皿皿幼班皿】．口 图３－１７ ＪＴＡＧ接口原理图ＵＳＢ是目前计算机和嵌入式系统产品与外部设备连接普遍采用的数据通信接口。与 其它通信接口比较，ＵＳＢ接口的最大特点是易于使用，支持热插拔，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。ＳＥＰ３２０３中的ＵＳＢＤ模块作为ＵＳＢ协议中定义设备的控制模块，通过ＵＳＢ协议完成芯片与ＵＳＢ主机控制器之间的数据传输。本系统的选用的芯片Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＰＤＩＵＳＢＤＰＩＩＡＤ，它是一个性能优异的ＵＳＢ器件，该款芯片可与ＳＥＰ３２０３芯片内的ＵＳＢ控制器直接通信。ＰＤＩＵＳＢＤＰＩＩＡＤ完全符合ＵＳＢ１． １规范，它可以在全速１２Ｍ／ｓ或低速１． ５Ｍ／ｓ的传输速率间切换。芯片使用３． ３Ｖ供电，采用ＳＯ－１４封装技术‘ｉＢ］。图３－１８是ＵＳＢ接口芯片和ＳＥＰ３２０３微处理器的系统连接示意图。图３－１９是ＵＳＢ接口芯片的实际电路图，１１２１１通过在Ｄ＋或者Ｄ一管脚上连接上拉电阻来选择全速或低速传输速率。本转换器通过 在Ｄ＋管脚上连接上拉电阻使ＰＤＩＵＳＢＤＰＩＩＡＤ工作在全速传输速率下。上面提到的１ ２ＭＢｙｔｅ／ｓ和１． ５ＭＢｙｔｅ／ｓ只是总线在传输数据时使用的时钟频率，并不是有效数据的实际传输速度。实际上由于软件协议的，１． ５ＭＢｙｔｅ／ｓ的低速设备图３－１８ ＳＥＰ３２０３微处理器ＵＳＢ接口连接示意图所能达到的有效数据传输速度只在几百ＫＢｙｔｅ／ｓ左右［２１１江苏大学工程硕士学位论文ｍ也。｝－ｌ冬ａ２ｏｗ匕Ｒ２０黑ｌｅｓ四Ｚ一，毒些－．・回｝些，『．月甲．０．日日．，Ｉ‘．，砚，ｍ．１．．．ｔｔ自，，豹图３－１９ ＵＳＢ接口原理图３．４本章小结。本章在提出串口以太网转换器硬件结构的基础上，设计了基于ＡＲＭ７ＴＤ肛内核的 ＳＥＰ３２０３微处理器的系统硬件部分，包括处理器模块、存贮器模块、ＲＳ２３２／４８５串口、以太网口、ＪＴＡＧ口和ＵＳＢ接口等电路详细设计、实现细节等。江苏大学工程硕士学位论文第四章串口以太网转换器软件设计４．１软件总体结构串口以太网转换器不仅要实现网络协议，还要管理外围设备和接口，完成具体的应 用功能。根据串口以太网转换器的功能，软件结构如图４－１所示。硬件初始化，系统初始化。建立相关任务，并启动（Ｔａｓｋｍａｉｎ．Ｃ）进入配置程序检测配置信息（Ｃｏｎｆｉ ｇＴａｓｋ．Ｃ）进入主程序 （Ｄｔｕ＿ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｃ）串以太网口其‘已软件樱通信模块模块图４－１串口以太网转换器总体结构图 ４．２嵌入式软件平台Ｎｕｃｌｅｕｓ４．２．１嵌入式软件平台的选择用于嵌入式系统软件开发的操作系统很多，但关键是要选择一个适合的嵌入式实时 操作系统。在串口以太网转换器的设计中，我们对嵌入式ＲＴＯＳ的要求如下｝ｒｒ｝１．实时性 使用时，必须保证进程调用和处理的快速性，因为转换器要有实时监控功能。 ２．稳定性 作为系统设计的软件平台，需要具有相当的稳定性。从而保证转换器在环境变化时， 也能够执行预定的动作。３．内核规模较小 由于整个转换器的硬件资源有限（ 我们配备了２Ｍ的ＦＬＡＳＨ），因此源代码必须足够小，以便写入存储器，提高运行效率。综合考虑各个因素，我们选择了嵌入式实时操作系统Ｎｕｃｌｅｕｓ． Ｎｕｃｌｅｕｓ提供实时内核（Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ）、图形包（Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｇｒａｆｉｘ）、文件系统模块（Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｆｉｌｅ）、网江苏大学工程硕士学位论文络模块（Ｎｕｃｌｅｕｓ ＮＥＴ）和开发工具（ＭＮＴ）等模块产品，其９５％的代码是用ＡＮＳＩ Ｃ写成的，非常便于移植并支持大多数类型的处理器。Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ是一组Ｃ函数库，下载到目标板的ＲＡＭ中或直接烧录到到目标板的ＲＯＭ中执行。在典型的目标环境中，Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ核心代码一般不超过２０Ｋ字节大小，内核规模非常小。４．２．２ Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ的特点１． Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ内核的系统结构［２３１Ｎｕｃｌ ｅｕｓ ＰＬＵＳ内核的系统结构如图４－２所示。Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ内核的主要目的是任务程序图４－２ Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ内核的系统结构管理实时任务的竞争运行，为应用提供各种便利，快速响应外部事件，实现实时性。Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ为系统开发提供以下支持：多任务管理，任务之间可以按照优先级和时间片方式来共率ＣＰＵ资源，通过邮箱、队列和管道进行通信，任务之间的同步和互斥通过信号量、事件组和信号进行；Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ提供动态和分区内存两种存诸器管理机制，还提供定时器来处理周期性事件及任务的睡眠和挂起超时。Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ将这些机制称之为软件组件，它为每一个软件组件提供了一系列的系统调用，任务与ＮｕｃｌｅｕｓＰＬＵＳ的交互是在系统调用的界面上进行的．从图４－２可以看出，利用Ｎｕｃｌ ｅｕｓ ＰＬＵＳ开发平台，用户只需编写任务代码和中断服务程序代码，在任务代码和中断服务程序代码中利用系统调用实现和Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ的交互，由Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ来调度多个任务并行执行，实现ＣＰＵ共享。由于Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ根据优先级和时间片方式来共享ＣＰＵ资源，所以只要任务和中断服务程序的优先级设置得当，系统的实时性就能保证。２．多任务管理（ ３２３Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ实时操作系统中的任务（（ＴＡＳＫ）相当于分时操作系统中的进程。在运江苏大学工程硕士学位论丈行Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ操作系统中，任务可划分为５种基本状态：运行状态、就绪状态、挂起状态、终止状态和完成状态，具体见表４－１所述。状态运行就挂终完绪起止成含义表４－１任务的五种状态 任务正在被运行任务已经就绪，但另一个任务正在运行任务在等待服务请求完成时挂起。当请求完成后，转入就绪状态。任务未完成就被停止。当处于这种状态时，任务不能运行直至被挂起任务执行完毕，返回到初始入口子程序各个任务之中，只能有一个任务处于运行状态：处于挂起状态的任务可以被某些系 统调用或事件激发而转到就绪状态；处于执行状态的任务被高优先级抢占之后也处于就绪状态：就绪状态除了对ＣＰＵ的控制外，该任务己经获得了运行所需的一切资源。３．任务的调度 Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ对任务的调度有两种方式，优先级调度和时间片调度。如图４－３所示。当一个更高优先级的任务就绪时，Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ中断低优先级的任务，保存现场，并先运行更高优先级的任务，这就是抢占。通过优先级调度，可以保障高优先级的任务，也可以采用时间片的方式轮流使用ＣＰＵ资源，用户只需指定每一个任务的时间片大小，Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ通过时钟中断来计算任务的运行时间，当任务的时间片耗尽后，ＮｕｃｌｅｕｓＰＬＵＳ会自动进行任务切换，Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ对任务的调度利用类似双向链表数组ＴＣＤ＿ Ｐｒｉｏｉｔｙ少ｉｓｔ数据结构实现。ＴＣＤ＿Ｐｒ ｉｏｉｔｙ一ｉｓｔ图４－３双向链表数组ＴＣＤ＿ Ｐｒｉｏｉｔｙ＿ Ｌｉｓｔ江苏大学工程硕士学位论丈４．２．３ Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ的初始化系统初始化分为板级初始化和高级初始化两个阶段：１．板级初始化系统加电后，硬件复位向量指导系统执行机顶盒系统的板级初始化例程ＩＮＴＩｎｉｔｉａｌｉｚｅＯ例程。板级初始化阶段具有完全的硬件特性，因而由汇编语言来实现的。它是Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ中第一个执行的例程。它包含硬件寄存器的设置：１ ）初始化系统堆栈；２）设置硬件定时中断： ３）设定定时器高级中断堆栈区和优先级； ４）获得应用程序可用内存的首地址。 ２．高级初始化 板级初始化完成后，控制流进入Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ高级初始化Ｖ１１程ＩＮＣ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）。它负责Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ内核组件初始化，例如初始化出错处理、历史信息、线程控制、邮箱、队列、管道、信号量、事件组、分区内存、动态内存、定时器和Ｉ／０驱动。当所有的内核组件初始化完成后，ＩＮ几Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）例程调用用户初始化例程Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｅ－Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）。Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）例程负责初始化应用环境，如初始化应用任务、邮箱、队列、管道、信号灯、事件组、内存池以及其他Ｎｕｃｌｅｕｓ ＰＬＵＳ变量。Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ＿Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）例程完成后，ＩＮ几Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）例程初始化任务调度ＴＣ几Ｓｃｈｅｄｕｌｅ（）例程。４．３软件模块设计４．３．１配１串口以太网转换器的的配置是，利用桌面配置软件将配置命令及数据通过ＰＣ串口 传输到终端：终端内部将解析这些数据，进行不同的功能操作．终端中关于配置的主要函数如下：ｖｏｉ ｄ ＷｄｔｕＣｏｎｆｉｇ（ｖｏｉｄ）；刀配置主函数ｖｏｉ ｄ ｃｆｇｅｅｄａｔ ａ（Ｕ３２ ａｄｄ）；ｖｏｉ ｄ ｏｕｔ ｃｆｇ ｄａｔａ（Ｕ３２ ｒｏｔ） ；／／配置终端／／输出配置ｖｏｉ ｄ ｏｕｔ ｃｆｇｂｏｏｔ ｄａｔａ（Ｕ３２ ｏｒｔ）；／／输出终端波特率终端在上电后进行系统初始化，紧接着调用ＷｄｔｕＣｏｎｆｉ ｇ（），等待配置。如果在巧秒内，终端没有侦测到与桌面配置软件的相关通信，将会跳出等待，开始拨号，进行数据传输。但在巧秒的过程中，桌面配置软件发出侦测配置的命令，终端进入配置状江苏大学工程硕士学位论文态并一直等待软件发出的相关配ｗ命令，分别调用ｃｆｇ一 ｄａｔａ（）、ｏｕｔ ｃｆｇ ｄａｔａ（）、ｏｕｔｅｗｃｆ ｇｂｏｏｔ＿巾ｔａ（）进行相关操作，直到软件发出“返回工作状态”的命令后，终端才会跳出配置状态，系统复位重启。函数的调用关系如图４－４所示。 Ｃｆｇｅｓｄａｔ ａＱＷ ｄｔｕＣｏｎｆｉｇ（）Ｏｕｔｓｅｃｆ ｇ ｄａｔａ（）Ｏｕｔ ｃｆｇｂｏｏｔ ｄａｔａ（）图４－４配置中函数的调用关系 桌面配置软件与终端通讯是通过串口进行通讯，两者间的命令交互按照一定的格式 及字长。当用户点击“侦测配置通讯”，桌面软件向串口发送１６个“？”。终端接收到后会回复１６个“？”，表明自己已经处于配置状态，在等待配置软件继续发送配置信息。在配置软件上填好配置信息后，点击“开始配置”。配置软件会向串口发送５３３个 字节的配置信息及１６个“＃”作为结束符，总共５４９个字节。终端接收到后会调用ｃｆｇ ｄａｔａ（）去处理数据；将配置信息分别写入ＦＬＡＳＨ．点击“回显设置情况”，软件向串口输出１６个“＊”，终端接收到字符后，调用ｏｕｔ ＿ｃｆｇ ｄａｔａ（）将配置信息输出：总共输出５４９个字符，前１６个为“＊”，后面接着５３３个配置信息。当系统进入配置状态：需要点击“返回工作状态”才能跳出。此时，软件首先向终 端发送１６个“」”，要求终端将刚配置好的波特率返回，终端向系统回复１０个“〕”和６位的波特率。软件接收到回复信息后：继续向终端发送１６个“￥”字符。终端在回复１６个“￥，，后会关闭所用中断，利用看门狗进行复位。４．３．２串口通信模块设计１． ＲＳ２３２模式下的串口通信本转换器硬件接口采用凤凰端子接口，选用发送（ ＴＸ）、接收（ＲＸ）和地线三线方式，其它的握手信号悬空。Ｕａｒｔ是通过ＲＳ－２３２协议和外设间进行串行通信。ＵＡＲＴ收发字符位数是可配置的，可以是５－８位。在发送时，数据从数据总线上写入１６个字节深度的江苏大学工程硕士学位论文发送ＦＩＦＯ，然后再被送入移位寄存器转换成串行数据从ＴＸＤ引脚输出。在接收时，数据从ＲＸＤ引脚串行地接收，先送入接收移位寄存器，然后再送入１６个字节深度的ＦＩＦＯ．接收ＦＩＦＯ和发送ＦＩＦＯ都具有可屏蔽的、可用软件配置触发级的中断。当ＦＩＦＯ中 的数据量达到预先设定的触发级时，产生中断。ＵＡＲＴ传输波特率取决于输入时钟和软件可配置的分频器。可以配置停止位数目、 奇／偶校验。在接收时可以检测帧错误、空闲状态、停止位、奇偶校验错误和溢出错误．串口通信部分由以下几部分组成： １ ）初始化串口包括清空接收ＦＩ ＦＯ和发送ＦＩＦＯ，关闭相关中断，对有关寄存器进行初始化。．２）配置串口 通过默认值配置串口，也可以通过配置用户需要的相关参数，可以设置串口、波特 率、数据位、奇／偶校验位和停止位。３）中断服务程序入口函数 通过产生的中断号进行判断，调用相关的服务。 ４）发送 当系统任务调用函数将要发送的数据拷贝到缓冲区中后，接着就打开发送中断，数 据通过中断发送出去。通过设定两个全局指针ｐＲｅａｄＴｒａＢｕｆ和ｐＷｒｉｔｅＴｒａＢｕｆ来控制是否发送完毕。当最后一个中断发现己经没有要发送的数据后，关闭发送中断。（但这个时候由于发送空中断已经被锁存进ｕａｒｔ相关寄存器中，所以直接在ｉｎｔｃ中关闭了ｕａｒｔ的中断）。如果需要发送的数据量超过缓冲区大小，在系统处理模块中将要求等待事件（ｗａｉｔ ＿ ｆｌａｇ），此时中断打开，驱动程序中发送完毕缓冲区大小的数据量后，再关闭中断，通过起事件（ｓｅｔ－ｆｌａｇ）要求系统处理模块继续工作，进入循环，直到所有数据发送完毕。５）接收数据 接收数据的操作放在中断处理程序中做，设定两个全局的指针（ｐＲｅａｄＲｅｃＢｕｆ和 ｐＷｒｉｔｅＲｅｃＢｕｆ）控制是否接收完毕。由于接收有ｔｒｉｇｅｒｌｅｖｅｌ和ｔｉｍｅｏｕｔ两个中断，因此驱动程序中包含有两个接收中断服务程序，对于每一种情况均要判断是否接收完毕，从而关闭中断，起事件（ｓｅｔ＿ ｆｌａｇ），通知系统处理模块中等待事件（ｗａｉｔ＿ ｆｌａｇ）响应，将缓冲区中的数据写入用户指定的目标区。如果需要发送的数据量超过缓冲区大小，同发送情况相仿，通过循环直到所有数据接收完毕。为了防止由于传送错误使得串口任务长期占有系统，在接收和发送数据中还设有 江苏大学工程硕士学位论文ＴＩＭＥＯＵＴ控制，对一定数量的数据传送限定了相应的时间，使传送在系统可以容忍的范围内进行。程序中主要函数说明如下： ①ｉ ｎｔ ｉｎｉｔ ｕａｔｒ０（Ｕ３２ ｓｙｓｃｌｋ， Ｕ３２ ｂａｕｄｒａｔｅ， Ｕ３２ ｄａｔａｂｉｔ， Ｕ３２ ｔｒｉｇｅｒｌｅｖｅｌ）该函数实现了ＵＡＲＴＯ的初始化，配置了与ＰＣ串口通讯的波特率，根据系统时钟配 置分频比，确定发送和接收的中断触发位，最后打开接收触发中断。②ｉ ｎｔ ｕａｔｒＯｅｓｉｎｔ ｅｎ（ｉｎｔ ｅｒｃｉｅ， ｉｎｔ ｔｈｒｉｅ）该函数的作用是判断ｕａ ｒｔＯ是否准备接收和发送数据，从而决定ＦＩＦＯ的使能控制。③ＶＯＩ Ｄ ＳＤＣ一ｕｔ Ｃｈａｒ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｃｈ， ＳＤ ＰＯＲＴ ＊ｕａｒｔ）该函数的作用是发送数据到ｆ ｉｆｏｅ④ＣＨＡＲ ＳＤＣｅ ｓＧｅｔ Ｃｈａｒ（Ｓ几ＰＯＲＴ ＂ｕａｒｔ）该函数的作用是读取ｆ ｉｆｏ中数据。２． ＲＳ４８５模式下的串口通信ＲＳ－４８５串行接口的电气标准实际上是ＲＳ－４２２的变型，它属于七层ＯＳＩ模型物理层 的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网容易，ＲＳ－４８５总线标准得到了越来越广泛的应用。本转换器在ＲＳ４８５接口下的通信协议采用ＭｏｄＢｕｓｏ１） ＭＯＤＢＵＳ协议简介ＭｏｄＢｕｓ协议就是工业控制器的网络协议中的一种。ＭｏｄＢｕｓ协议最初是Ｍｏｄｉｃｏｎ公 司（即现在的Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ自动化公司）于１９７８年发明的一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以进行通信。它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以简单可靠地连成工业网络，进行系统的集中监控，从而使它成为最流行的协议之一。ＭｏｄＢｕｓ协议包括ＡＳＣＩＩ， ＲＴＵ， ＰＬＵＳ， ＴＣＰ等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的ＭｏｄＢｕｓ是使用ＲＳ－２３２Ｃ兼容串行接口，ＲＳ－２３２Ｃ规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特率、奇偶校验等信息，ＭｏｄＢｕｓ的ＡＳＣＩＩ， ＲＴＵ协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式。ＭＯＤＢＵＳ针对不同的传输介质分别有两种通讯协议，一种是针对ＲＳ２３２／４８５串行接口的主／从协议（也称为Ｓｅｒｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ），是ＭＯＤＢＵＳ最早提出的也是最成熟的串行通讯协议，对应于ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型的数据链层；另一种是针对以太网的ＭＯＤＢＵＳ ＴＣＰ／ＩＰ协议，它是在原有ＴＣＰ协议层上再增加一层ＭＯＤＢＵＳ ｏｎ ＴＣＰ，江苏大学工程硕士学位论文以实现应用层协议和ＴＣＰ协议之间的信息传递。可以看出，无论采用何种传输介质，应用层协议都是相同的。本文采用的是ＲＳ２３２／４８５串行接口的主从通讯协议，该协议兼容ＭＯＤＢＵＳ ＡＳＣ Ｉ／ＲＴＵ． ２）ＭＯＤＢＵＳ协议的两种通讯模式的实现 ＭｏｄＢｕｓ可分为两种传输模式：ＡＳＣＩＩ模式和ＲＴＵ模式。使用何种模式由用户自行 选择，包括串口通信参数（波特率、校验方式等）。在配置每个控制器的时候，同一个ＭｏｄＢｕｓ网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。图４－５是主程序中的通讯部分流程图，图４－６是接收中断函数流程图。开始初始化端口设硬串口工作方式 初始化循环队列 处理接ｔ〔的数据并置相应邵ｊ发送标志将数据打包送发送图４－５是主程序中的通讯部分流程图 图４－６是接收中断函数流程图Ｏ ＡＳＣＩＩ模式使用ＡＳＣＩＩ模式的ＭＯＤＢＵＳ协议时，在消息中的每个８Ｂｉｔ字节都作为两个ＡＳＣＩＩ字 符发送。一典型的消息帧的格式如表４－２０表４－２ ＡＳＣＩＩ模式的消息帧 起始位设备地址功能代码１个字符２个字符２个字符数据ｎ个字符ＬＲＣ校验２个字符结束符２个字符江苏大学工程硕士学位论文ＡＳ ＣＩＩ模式主要有以下几个特征１２４ ）：（１ ）消息帧以冒号（：）字符（ＡＳＣＩＩ码３ＡＨ）作为起始位；（２）消息帧以回车换行符（ＡＳＣＩＩ分别为ＯＤＨ和ＯＡＨ）作为结束标志：（３）起始位后用两个字符表示目标地址，起始０（ＡＳＣＩＩ的ＯＯＨ）为广播地址；（４）结束标志前两个字符是ＬＲＣ校验码；（５）其它域可以使用的传输字符是十六进制的０－二，Ａ－二；（６）消息帧中字符间发送的时间间隔最长不能超过１秒，否则接收的设备将认为传输错误。根据以上特征，在实现时是通过串口编程，不断侦测网络上的字符，判断是否为“：” 字符，当有冒号接收到时，每个设备都解码下一个域（地址域）来判断该消息是否是发给自己的。具体过程如图４－７ａ图４－７ ＭＯＤＢＵＳ协议ＡＳＣＩＩ模式程序流程图从表４－２和图４－７以及上面的分析我们看出，满足读取功能后会进入中断处理，此 时对收到的数据进行分析，如果起始位的字符是冒号，则说明收到的数据是符合ＭＯＤＢＵＳ协议的ＡＳＣＩＩ模式的。如果地址位是本机地址，说明这次接收的数据是发送给本机的符合ＭＯＤＢＵＳ协议的ＡＳＣＩ工模式的数据，可以对接收的数据ＬＲＣ校验，以便把数据交给下一环节进行处理．从表４－２可看出，使用ＡＳＣＩＩ模式，消息帧包括了一基于ＬＲＣ方法的错误检测域。 ＬＲＣ域检测了消息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容。ＬＲＣ域是一个包含江苏大学工程硕士学位论文一个８位二进制值的字节。ＬＲＣ值由传输设备来计算并放到消息帧中，接收设备在接收消息的过程中计算ＬＲＣ，并将它和接收到消息中ＬＲＣ域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。ＬＲＣ方法是将消息中的Ｎｉｔ的字节连续累加，丢弃了进位。如果数据能够通过ＬＲＣ校验，则证明此次接收的数据是一个完整的消息帧，可以交 给下一个环节进行处理了。这就完成了一次读取数据、分析数据并处理数据的过程，系统继续等待下一个中断的产生。Ｏ Ｏ ＲＴＵ模式使用ＲＴＵ模式的ＭＯＤＢＵＳ协议时，一典型的消息帧的格式如表４－３ａ 起始位Ｔ卜Ｔ２－Ｔ３－Ｔ４表４－３ Ｒ刊模式的消息帧设备地址８Ｂｉｔ功能代码ＢＢｉｔ数据ＣＲＣ校验１６Ｂｉｔ结束符Ｔｉ－Ｔ２－Ｔ３－Ｔ４ｎ个８Ｂｉｔ ＲＴＵ消息帧有以下几个特征〔周：（１）每个消息帧之间至少有３．５个字符时间作为间隔，而这个间隔时间正是消息帧的起始标志；（２）消息帧的第一个域是８６ｉｔ的设备地址域，可以使用的传输字符是十六进制的０．二，Ａ．．．Ｆ；消息帧的最后一个域是１６６ｉｔ的ＣＲＣ校验码，其中的低位的８ｂｉｔ在前，高８６ｉｔ在后；（３）整个消息帧必须作为一个连续的流传输。如果在消息帧完成之前有超过１．５个字符时间的停顿时间，接收设备将丢弃不完整的消息帧并假定下一个字节是一个消息帧的地址域。在ＲＴＵ传输模式下，信息的传输开始的标志是至少３．５个字符时间的“沉默时间间 隔”（ｓｉｌｅｎｔ ｉｎｔｅｒｖａｌ），在网络中所用的波特率己知的情况下，这个时间间隔很容易计算出来。因此在这种传输模式下第一个传输的是设备的地址。网络设备对网络总线进行持续的监视，包括对沉默间隔的侦察，当收到第一个字符域时，每个设备都对它解码，并判断自己是否那个被寻址的设备。最后一个字符传输完毕后，至少３．５个字符时间的间隔标志着信息包发送完毕。整个信息帧必须作为一个连续的流传输，如果在信息帧传输结束之前检测到了至少１．５个字符时间的间隔，接收设备就会把不完整的信息帧清除掉，并认为接收到的下一个字节是设备的地址。同样，如果新的信息包和前一个信息包之间的间隔没有３．５个字符时间，接收设备会认为这是前一个信息包的继续，这样会因为这个合并的信息包的校验域不正确而出错。具体实现过程如图４－８所示。如表４－３所示，使用ＲＴＵ模式，消息包括了一基于ＣＲＣ方法的错误检测域。ＣＲＣ 域检测了整个消息的内容。ＣＲＣ域是两个字节，包含一１６位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的ＣＲＣ，并与接收到的ＣＲＣ域中的值比较，如果两值不同，则有误。江苏大学工程硕士学位论文ＣＲＣ是先调入一值是全“１＂的１ ６位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的８位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的８Ｂｉｔ数据对ＣＲＣ有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。ＣＲＣ产生过程中，每个８位字符都单独和寄存器内容相或（ＯＲ），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以０填充。ＬＳＢ被提取出来检测，如果ＬＳＢ为１，寄存器单独和预置的值或一下，如果ＬＳＢ为０，则不进行。整个过程要重复８次。在最后一位（第８位）完成后，下一个８位字节又单独和寄存器的当图４－８ ＭＯＤＢＵＳ协议ＲＴＵ模式程序流程图前值相或。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的ＣＲＣ值。ＣＲＣ添加到消息中时，低字节先加入，然后高字节。４．３．３以太网接口通信模块设计１． ＴＣＰ／ １ Ｐ协议栈概述网络接口的硬件将网络上传送来的数据送入系统内存中，并通知操作系统有新的网 络数据到达。通常，网络接口使用中断机制来完成这一任务。一个中断时处理器将正常的处理挂起，跳转到设备驱动程序的代码段执行。此时，由设备驱动程序管理所有细节。设备驱动软件通知协议栈己经有一个分组到达，并要求进行相应的处理。当设备驱动软件完成这些繁琐的处理工作后，他将从中断返回，处理器继续从中断发生处往下执行。在本协议栈中，设备驱动程序对上层应用屏蔽了接收和发送的细节，用户只需要调 用相应的套接字即可以完成数据的接收和发送。比如用户要使用非阻塞方式接收和发送数据，可以使用Ｓｅｌｅｃｔｏ，在Ｓｅｌｅｃｔ的ｔｉｍｅｏｕｔ参数选择ＮＯ ＰＲＥＥＭＰＴ，即可以非阻塞方江苏大学工程硕士学位论文．－－ＭｔＡｍ－ｌ ｑｉ１ Ｍ－＊４Ａ－Ｒ－－感 一上层协议软件接收曲数发送函教接收曲数发送函效网络１的硬件网络２的理件图４－９ Ｎｕｃｌｅｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的底层软件结构式接收、发送。对于存在多个网络设备的系统而言，系统必须具有能够从任何网络接口中读取数据 的能力。一些操作系统使用的是单个进程在多个网络设备上阻塞，当其中某个输入设备上有分组到达的时候，该进程立即被唤醒。另外一些操作系统则为每个设备各提供一个进程，允许该进程在其相对应的设备上被阻塞，而当该设备有数据到达的时候，唤醒该进程．在Ｎｕｃｌｅｕｓ中，选择了前者的方法。实际上，是建立了一个总的接收服务。接收进程负责从设备中读取网络输入的数据，该进程可以被阻塞在读取设备输入数据的函数上；发送则依靠用户程序调用相应的发送过程，如Ｓｅｎｄ，完成数据的发送，如图４一９２４－９＂ｏ网络设备的接收与发送过程负责具体的数据报的接收和发送，但是接收和发送本身 并不处理上层协议的内容，发送过程也只是将上层协议的数据报封装在具体的与设备相关的链路层协议的数据帧中发送。在Ｎｕｃｌｅｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ协议栈中，以以太网设备为例，它有两个过程，Ｅｔｈｅｒ Ｒｃｖ接收过程和Ｅｔｈｅｒ Ｘｍｉｔ发送过程。与Ｅｔｈｅ－ｒＲｃｖ和Ｅｔｈｅｒ Ｘｍｉｔ协同工作的是一个被称为ＭＥＭｅｓＢｕｆ ｆｅｒ ＦｒｅｅＬｉｓｔ的网络缓冲队列．所有的数据都要通过ＭＥＭｅｓＢｕｆ ｆｅｒ ＦｒｅｅＬｉｓｔ中申请空间，然后通过唤醒对应的进程来完成对数据报的处理。网络接收的数据，首先在ＩＰ层会判断是否是本地的ＩＰ地址，如果不是，则转发到相应的网络设备。如果是本地设备，则将通过ｔｃｐｉｐ ｔｉｍｅｒ ｔａｓｋ将数据读入接收队列ＭＥＭ一ｏｆｆｅｒ Ｌｉｓｔ中，之后调用相应的上层网络协议处理函数。用户应用程序进程要发送的数据报被连接到发送队列ＭＥＭｅｓＢｕｆ ｆｅｒ Ｌｉｓｔ中，并调用发送过程。发送过程将数据报向物理介质发送，如图４－１１）所示ｃｍ江苏大学工程硕士学位论文图４－１ ０ Ｎｕｃｌｅｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ软件体系结构在图４－１０中我们可以看出，Ｎｕｃｌｅｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ协议的主体部分在用户进程和接收服务进程中完成的。应用层协议、ＳＯＣＫＥＴ编程接口，都在用户空间中完成：传输层协议的输出部分和ＩＰ协议的输出部分都依靠发送过程完成；而ＩＰ协议的输入部分在接收服务进程空间完成；数据链路层的协议主要运行在设备接收过程和发送过程中；设备底层驱动在中断处理程序中运行。图中黑色的箭头表示进程间的通信和数据的流向。ＣＰ／ＩＰ协议栈的这种共享存储区ＭＥＭｅｓＢｕｆ ｆｅｒｓｅＦｒ ｅｅｌｉｓｔ设计，通过减少拷贝的次数来提高协议栈的运行效率和存储器的使用效率；另外，这种设计使得上层协议软件的运行在尽量少的进程空间中，协议通过高效的过程调用来取销大的进程间通信。以上两点使得系统的整体效率提高，适应嵌入式系统的特点。２． ＴＣＰ／ Ｉ Ｐ协议栈初始化在使用整个协议栈的过程中，首先创建两个进程：Ｅｖｅｍｔ ｄｉｓｐａｔｃｈ和ｔｅｐｉｐ ｔｉｍｅｒ一ｔａｓｋ． Ｅｖｅｍｔ ｄｉｓｐａｔｃｈ主要是将网络的事件发送到对应的进程去，起到进程间通信的作用，而ｔｃｐｉｐ一 ｔｉｍｅｒ ｔａｓｋ主要起到定时检查是否接收到数据，如果是，则将数据放入接收队列中，之后调用上层协议的处理程序处理数据报。之后，对协议栈进行初始化，这个工作可以在系统初始化时完成。在本ＴＣＰ／ＩＰ实现中，协议栈初始化是依靠调用ＮＥＴＩ Ｉｎｉｔ ０完成的。ＮＥＴＩｓｅＩｎｉ ｔ（）完成两个工作，首先是对网络协议栈的初始化，然后就对系统所使用的网络设备进行初始化，在这里我们以ＲＴＬ８０１９ＡＳ为例，调用Ｉｎｉｔ江苏大学工程硕士学位论文 图４－１１ Ｉｎｉｔ少ｅｔ（）流程图Ｎｅｔ（）完成对网络的初始化Ｑ，它的主要流程如图４－１１．３．以太网设备初始化 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。在以太网中，所有的计算 机被连接到一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（ＣＳＭＡ／ＣＤ）方法，采用竞争机制和总线拓扑结构。在本协议栈实现中，将ＲＴＬ８０１９ＡＳ的初始化程序封装在一个数据结构中，之后，调用ＮＥＴＩ＿ Ｉｎｉｔ（ＮＥＴＩ＿ Ｄｅｖｉｃｅｓ）初始化网络。ＮＥＴＩ＿ Ｄｅｖｉｃｅｓ是一个全局变量，存储的是和网卡相关的参数和初始化例程，其内容如下〔２９１ＤＥＶＩ ＣＥ ＮＥＴＩ一ｅｖｉｃｅｓ［ＮＯｅｓＭＡＣ］ ＝｛１ ＮＥＴＩ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎａｍｅ［０］，／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ设备名＊／。， （ ＵＩＮＴ３２）ＮＥＴＩ一 ＭＡＣ Ａｄｄｒｅｓｓ［０］，Ｒｔ１ ８０１９＿Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ，ｆ１０， ０， ０， ３１），＊Ｒ／ＴＬ８０１９ＡＳ设备运行标志＊／／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ ＭＡＣ地址＊／／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ初始化例程＊／／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ ＩＰ地址＊／１ ２５５， ２５５， ２５５， ０），１ ０， ０， ０， ０｝，／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ子网掩码＊／／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ网关＊／｛０， ０， ０｝＊以太网设备参数，ｄｖ＿ｉｒｑ＝０； ／ｄｖ＿ｉｏｅｓａｄｄｒ＝０；＊ ／｝， １： ／＊ｄｖ＿ｓｈａｒｅｄ一 ａｄｄｒ ＝ ０＊／江苏大学工程硕士学位论文对应这个设备，Ｒ ＴＬ８０１９的ＮＥＴＩｅｓＤｅ ｖｉｃｅ Ｎａｍｅ［１］［６］＝＂ＲＴＬ８０１９＂， ＮＥＴＩ＿ＭＡＣ一Ａｄｄｒｅｓｓ［ １ ］［５］＝ （ Ｏｘ００， ０ｘ００， ＯｘｆＯ， ０ｘ９０， ０ｘ１１， ０ｘ１１），而ＲＵ８０１９｝ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ起到初始化ＲＴＬ８０１９ＡＳ的作用。ＮＥＴＩ Ｉｎｉｔ（ＮＥＴＩ－Ｄｅｖｉｃｅｓ）调用完成之后，就可以正常的使用Ｓｏｃｋｅｔ等函数了。对于ＲＴＬ８０１９ＡＳ相关的操作，封装在Ｒｔ１８０１９＿ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ中＇Ｔｏ Ｒｔｌ８０ｌ９＿Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ［３０〕大致分为两个部分：第一个部分，完成对于Ｒｔ１ ８０１９的设备函数列表的填充。代码如下： ｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖ＿ｏｕｔｐｕｔｄｅｖ＿ ｐｔｒ－＞ｄｅｖ＿ｉｎｐｕｔ二ＮＥＴ－Ｅｔｈｅｒ－Ｓｅｎｄ；＝ＮＥ几Ｅｔｈｅｒ－Ｉｎｐｕｔ；／＊以太网发送函数＊／／＊以太网输入函数＊／ ｄｅｖｐｔｒ－＞＿ｄｅｖ＿ｓｔａｒｔ＝Ｒｔ１８０１９一ｒａｎｓｍｉｔ；／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ传输函数＊／ｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖ＿ｒｅｃｅｉｖｅ二Ｒｔｌ ８０１９＿ Ｒｅｃｅｉｖｅ；／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ接收函数＊／ｄｅｖ＿ ｐｔｒ－＞ｄｅｖ ａｄｄｒｌｅｎ＝ＨＷ＿Ａｄｄｒｅｓｓ多ｉｚｅ；／＊ＲＴＬ８０１９ＡＳ设备地址宽度＊／ －ｈｄｒｌｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖｅｎｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖ ＿ｍｔｕｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖ＿ｉ ｏｃｔｌ＝ＥＴＨｗｅＨｅ ａｄｅｒＳｉｚｅ；二ＭＴＵ一ｉｚｅ；二Ｒｔ１８０１９－Ｉｏｃｔｌ：／＊以太网数据报头长度＊／／＊ＭＴＵ大小＊／／＊Ｒｔ１８０１９Ｉ／０函数＊／第二部分，完成对Ｒｔ１ ８０１９ＡＳ的打开工作，包含Ｒｔ１８０１９ＡＳ的打开，ＭＡＣ地址的设置，对接收和发送中断处理程序的登记，中断的打开，代码片断如下：ｉ ｆ （ｎｅ２０００ ｏｐｅｎ（） ！＝ＴＲＵＥ）／＊Ｒｔ１８０１９ＡＳ打开例程＊／ｄｅｖ－ｐｔｒ－＞ｄｅｖ ｌｆａｇｓ｝＝（ＤＶ＿ ＢＲＯＡＤＣＡＳＴ｝ＤＶ ＭＵＬＴＩＣＡＳＴ）；＊设置接口可以接收＊／ ／＊多播和广播＊／／ｍｅｍｃｐｙ（ｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖ＿ｍａｃ＿ａｄｄｒ， （ＵＩＮＴ８＊）ｄｅｖ＿ｐｔｒ－＞ｄｅｖｄｒｉｖｅｒ ｏｐｔｉｏｎｓ， ６）；＊拷贝ＭＡＣ地址到设备＊／ ／ｉｆ （ｎｅ２０００－ ｓｅｔｓｅＭａｃｅ ｓａｄｄｒ （ｄｅｖ－ｐｔｒ－＞ｄｅｖｍａｃ－ａｄｄｒ）！＝ＴＲＵＥ）／＊设ＷＭＡＣ地址＊／＊从系统内存中为接收中断程序申请栈空间＊／／ｓｔａｔｕｓ ＝ＮＵｅｓＡｌ ｌｏｃａｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ （＆Ｓｙｓｔｅｍ一 Ｍｅｍｏｒｙ， ＆ｐｏｉｎｔｅｒ， ２０００， ＮＯｅｓＳＵＳＰＥＮＤ） ；ｓｔａｔｕｓ ＝ＮＵｗｅＣｒ ｅａｔｅｅｓＨＩ ＳＲ （＆Ｅｔｈｅｒ＿Ｒｃｖ， ＂ＥＴＨ＿ＲＸ＿ＨＩＳＲ＂，Ｒｔｌ８０１９ｓｅＲｘＨｉ ｓｒ， ０， ｐｏｉｎｔｅｒ，２０００）；／＊登记接收中断服务程序＊／／＊从系统内存中为接收中断程序申请栈空间＊／ｓｔａｔｕｓ＝Ａｌｌｏｃａｔｅ＿ Ｍｅｍｏｒｙ （＆ＳｙｓｔｅｍｓｅＭｅｍｏｒ ｙ， ＆ｐｏｉｎｔｅｒ， ２０００， ＮＯ＿ ＳＵＳＰＥＮＤ）；江苏大学工程硕士学位论文ｓｔａｔｕｓ ＝ＮＵ－ Ｃｒｅａｔｅ＿ＨＩＳＲ （＆Ｅｔｈｅｒ Ｘｍｉｔ，＂ＥＴＨ＿ＴＸ＿ＨＩＳＲ＂，Ｒｄ８０１９ｅｅＴｘＨｉ ｓｒ，Ｏ， ｐｏｉｎｔｅｒ，２０００）：／＊登记发送中断服务程序＊／ｅｎａｂｌｅ ｎｅ２００几ｉｒｑ（） ；４．网络接口通信的设计／＊使能Ｒｔ１８０１９中断＊／网络接口通信模块的流程图如图４－１２所示。发送和接收过程分别为图４－１３和４－１４．图４－１ ２网络接口通信流程图１ ）流程说明：①程序由ｍａｉｎ（）函数开始调用ＴａｓｋｍａｉｎＱ． Ｏ２ ｔａｓｋｍａｉｎ（）调用ｓｙｓｓｅｉｎｉ ｏ对系统初始化，调ｈａｒｄｗａｒｅｅｗｉｎｉ Ｏ对硬件初始化；调用ｖｃｒｅｅｒｔｓｋ（）创建了６个任务，调用ｓｔａｋ＿ｔｓｋｅｏ将部分任务放入就绪队列，调用ｓｙｓ ｓｔａ（）启动系统。③通过系统调度开启任务ｄｅｍｏ ｍａｉｎ．④函数ｄｅｍｏ－ ｍａｉｎｏ调用ｎｅ２０００ ｔａｓｋ（）开始测试过程。⑤ｎｅ２０００ ｔａｓｋｏ的主要功能是：调用Ｎｅｔｉ Ｉｎｉｔｏ对网络设备进行初始化；调用Ｎｕｅｓａｄｄ－Ｒｏｕｔ ｅｏ将缺省网关、子网掩码、目标ｉｐ添加进路由表；调用Ｎｕ－ ｓｏｃｋｅｔ（）创建一个ｓｏｃｋｅｔｓ；建立ｓｅｖｅｒ端的地址信息数据结构；调用Ｎｕ ｃｏｎｎｅｃｔｏ向ｓｅｖｅｒ发送建立连接的请求，若ｓｅｖｅｒ返回确认则连接成功；调用Ｎｕ ｓｅｎｄｏ／Ｎｕ ｒｅｃｅｉｖｅＱ发ｉ／接收数据：传输完毕调用ｇＮｕ ｃｌｏｓｅ ｓｏｃｋｅｔ关闭ｓｏｃｋｅｔ连接，并调用Ｎｕ ｓｌｅｅｐ（）挂起ｎ个周期。江苏大学工程硕士学位论文２）相关函数说明①函数名称：ｖｏｉｄ ｍａｉｎ（ ｖｏｉｄ）参数：无返回值：无函数说明：调用函数ｔ ａｓｋｍａｉｎ②函数名称：ｖｏｉｄ ｔａｓｋｍａｉｎ（ｖｏｉｄ）参数：无返回值：无函数说明：创建６个任务 ＴＣＰＩ ＰｅｓＨＩ ＳＲ Ｓｉｍｕ三Ｃａｓｋ优先级为２ＮＵ ＥｖｅｎｔｓＤｉｓｐａｔｃｈｅｒ优先级为４ｔ ｃｐｉｐ ｔｉｍｅｒ＿ｔａｓｋ优先级为４ｄｅ ｍｏ－ ｍａｉｎ优先级为６ｐｉ ｃ ｔａｓｋ优先级为６ ｉｄｌｅｓｅｔａ ｓｋ优先级为８启动任务１， ４， ６，然后系统启动（（ｓｙｓ一 ｓｔａｒ；）③函数名称：ｖｏｉｄ ｄｅｍｏｅｓｍａ ｉｎ（ｖｏｉｄ）参数：无返回值：无函数说明：调用函数ｎｅ ２０００ ｔｓａｋ（）④函数名称：ｖｏｉｄ ｎｅ２０００ｅｓｔａｓ ｋ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｐａｃｋｅｔ－ｓｉｚｅ， ｉｎｔｌｏｏｐ）参数：ｐａｃｋｅ ｔ－ｓｉｚｅ， ｌｏｏｐ返回值：无 函数说明：定义缺省网关、目标ｉｐ、子网掩码：调用函数ＳｙｓＬｍａｌｌｏｃ分配内存空间：调用函数ＮＥＴＩ－ Ｉｎｉｔ初始化网络设备；试图建立ｓｏｃｋｅｔｓ连接。⑤函数名称：ｖｏｉ ｄ ＮＥＴＩ＿Ｉｎｉｔ（ＮＵ＿ＤＥＶＩＣＥ ＊ｐｄｅｖ）参数：＊ｐｄｅｖ，指向要初始化的网络设备 返回值：无函数说明：初始化网络设备 ⑥函数名称：ＳＴＡＴＵＳ ＮＵｓｅＡｄ屯Ｒｏｕｔ ｅ（ＵＩＮＴ８ ＊ｉｐｅｅｄｅ ｓｔ， ＵＩＮＴ８＊ ｍａｓｋ， ＵＩＮＴ８＊ｇｗ＿ａｄｄｒ）参数：＊ｉｐ ｄｅｓｔ；＊ｍａｓｋ：＊ｇｗ ａｄｄｒ返回值：ＮＵ ＳＵＣＣＥＳＳＮＵ Ｉ ＮＶＡＬＩＤ ＰＡＲＭ函数说明：添加一个路由信息到路由表。 ⑦函数名称：ＳＴＡＴＵＳ ＮＵ＿Ｓｏｃｋｅｔ （ＩＮＴ１６ ｆａｍｉｌｙ， ＩＮＴ１６ ｙｔｐｅ， ＩＮＴｌ６参数：ｆ ａｍｉｌｙ；ｔｙｐｅ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ返回值：ＮＵ ＳＵＣＣＥＳＳＮＵ ＩＮＶＡＬＩＤ江苏大学工程硕士学位论文ＮＵ ＮＯ ＳＯＣＫＥＴ ＳＰＡＣＥＮＵ ＮＯ ＳＯＣＫ ＭＥＭＯ：创建一个ｓｏｃｋｅｔ 函数说明⑧函数名称： ａｄｄｒｌｅｎ）ＮＵ＿Ｃｏｎｎｅｃｔ （ＩＮＴ ｓｏｃｋｅｔｄ， ｓｔｒｕｃｔ ａｄｄｒ ｓｔｒｕｃｔ ＊ｓｅｒｖａｄｄｒ， ＩＮＴ１６参数：ｓｏｃｋｅｔ；＊ｓｅｒｖａｄｄｒ：返回值：ＮＵ ＮＯ ＰＯＲＴ ＮＵＭＢＥＲＮＵ ＩＮＶＡＬＩＤ ＰＡＲＭＮＵ ＮＯＴ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤＮＵ ＩＮＶＡＬＩＤ ＳＯＣＫＥＴＳｏｃｋｅｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ ｏｎ ｓｕｃｃｅｓｓ．函数说明：客户端向服务器端发送建立连接的请求，若成功返回ｓｕｃｃｅｓｓ。⑨函数名称：ＩＮＴ３２ ＮＵ＿Ｓｅｎｄ （ＩＮＴ ｓｏｃｋｅｔｄ， ＣＨＡＲ ＊ｂｕｆｆ ＵＩＮＴ１６ ｎｂｙｔｅｓ， ＮＴ１Ｉ６参数：ｓｏｃｋｅｔｄ：＊ｂｕｆｆ；ｎｂｙｔｅｓ：ｆｌａｇｓ返回值：Ｒｅｔｕｒｎｓ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｂｙｔｅｓ ｓｅｎｔ．ＮＵ Ｉ ＮＶＡＬＩＤ ＳＯＣＫＥＴＮＵ ＮＯＴ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤＮＵ ＮＯ ＲＯＵＴＥ ＴＯ ＨＯＳＴＮＵ ＣＯＮＮＥＣＴＩ ＯＮ ＲＥＦＵＳＥＤＮＵ ＭＳＧ ＴＯＯ ＬＯＮＧ 函数说明：用于ＴＣＰ协议模式下的数据发送，若发送成功则返回发送的字节数。⑩函数名称：ＳＴＡＴＵＳ ＮＵ＿Ｃｌｏｓｅ＿Ｓｏｃｋｅｔ（ＮＴ Ｉｓｏｃｋｅｔｄ）参数：ｓ ｏｃｋｅｔｄ返回值：ＮＵ ＳＵＣＣＥＳＳＮＵ Ｉ ＮＶＡＬＩＤ ＳＯＣＫＥＴ函数说明：发送关闭连接的命令，若成功返回ｓ ｕｃｃｅｓｓ．（１Ｄ函数名称：ＳＴＡＴＵＳ ＮＵｅｓＳｌ ｅｅｐＯｎｔ ｔｉｍｅｏｕｔ）参数：ｔ ｉｍｅｏｕｔ返回值：Ｎｕ ｓｕｃｃｅｓｓ函数说明：挂起任务ｔ ｉｍｅｏｕｔ个节拍。江苏大学工程硕士学位论文Ｎｅ２０００＿ｇｅｔ－ｐａｃｋｅｔ（）Ｒｔ１８０１９－Ｒｅｃｅｉｖｅ（）Ｎｕ＿ Ｃｏｎｎｅｃｔ（）ＮＵ＿ Ａｃｔｉｖａｔｅ－ＨＩＳＲＯＴＣＰＳＳ＿ Ｎｅｔ＿ ＸｏｐｅｎＯＴＣＰＳＳ－ＤＯ＿ Ｃｏｎｎｅｃｔ（）Ｒｔｌ８０１９＿ ＲｘＨｉｓｒｏＮＵ＿ Ｓｅｔ－Ｅｖｅｎｔｓ（）ＴＣＰＳＳ－Ｓｅｎｄ＿ＳＹＮ＿ ＦＩＮ（）Ｔｃｐｉｐ＿ ｔｉｍｅｒ Ｔａｓｋ（）ＩＰ＿ Ｓｅｎｄ（）Ｎｕ＿ ｒｅｔｒｉｅｖｅ－Ｅｖｅｎｔｓ（）ＮＥＴ＿Ｅｔｈｅｒ－ＳｅｎｄＯＮＥＴ＿Ｅｔｈｅｒ－Ｉｎｐｕｔ（）Ｒｔ１８０１９＿ Ｔｒａｎｓｍｉｔ（）ＩＰ＿Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ（）Ｉｃｐ＿Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ０Ｔｃｐ＿ ｄｏ０图４－１ ３发送数据流程图４－１４接收数据流程３） 发送过程说明： Ｏｌ Ｎｕ ｃｏｎｎｅｃｔ（）调用函数ＴＣＰＳＳ一ｅｔ Ｘｏｐｅｎｏ尝试建立连接，返回一个端口号，同时调用函数ＳＣＫｅｓＳｕｓ ｐｅｎｄｅｓＴａ ｓｋ（）挂起任务。ＯＣＰＳＳ一ｅ ｔ－ ＸｏｐｅｎＯ调用函数ＴＣＰＳＳ＿ ＤｏｅｓＣｏｎｎｅ ｃｔ ０发送实际数据包尝试建立连接。③ ＴＣＰＳＳ＿ Ｄｏ一ｏｎｎｅｃｔ ０调用函数ＴＣＰＳＳ一ｅｎｄ ＳＹＮ ＦＩＮ ０将ＴＣＰ数据包加入ｉｐ包头包尾等信息构成中数据包，调用ｉｐ－ ｓｅｎｄ ０函数发送。如果发送成功，则调用函数ＵＴＬＪｉｍｅｒｓｅｔ ０， ．ｉｐ一 ｓｅｎｄ（）将ｉｐ数据包封装成ｍａｃ数据帧，用ｉｎｔｅｆａ ｃｅ－＞ｄｅｖ ｏｕｔｐｕｔ发送数据，ｄｅｖｏｕｔｐｕｔ在Ｒｔ１８０１９＿ Ｉｎｉｔｉｌａｉｚｅ ０中已定义为ＮＥＴｗｅＥｔ ｈｅｒ Ｓｅｎｄ ． ＮＥＴ－Ｅｔｈｅｒ－Ｓｅｎｄ用４０江苏大学工程硕士学位论文ｄｅｖｉｃｅ－＞ｄｅｖ ｓｔａｒｔ发送数据，ｄｅｖｉｃｅ－＞ｄｅｖ ｓｔａｒｔ也己在Ｒｔ１８０１９ｅｅＩｎｉ ｔｉａｌｉｚｅ ０中定义为Ｒｔ１８０１９ｅｓＴｒ ａｎｓｍｉｔ实际发送数据帧。４）接收过程说明 ①当有数据包进入网卡端口，引发一个低级中断，ｎｅ ２０００＿ｇｅｔｐａ＿ｃｋｅｔ（）用ｄｅｖｉｃｅ－＞ｄｅｖｒｅｃｅｉｖｅ接收数据，ｄｅｖ一 ｒｅｃｅｉｖｅ在Ｒｔ１８０１９ｓｅｉｎｔ ｉａｌｉｚｅＯ中定义为Ｒｔ１８０１９ Ｒｅｃｅｉｖｅｏ，负责将数据从共享内存传入数据包缓存中。（ ９ Ｒｔｌ８０１９ Ｒｅｃｅｉｖｅ（）函数调用ＮＵ Ａｃｔｉｖａｔｅ＿ＨＩＳＲ （＆Ｅｔｈｅｒ＿Ｒｃｖ ）激活在Ｒｔ１８０１９＿ｉｎｔｉａｌｉｚｅ０中创建的名为“ＥＴＨ＿ＲＸ ＨＩＳＲ”的高优先级中断，当前程序转向Ｒｔ１８０１９＿ＲｘＨｉｓｒ ００ ＠Ｒｔｌ８０ｌ９ｅｓＲｘＨｉ ｓｒ ０调用函数ＮＵ＿Ｓｅｔ＿Ｅｖｅｎｔｓ ０，即设置一个标志位。④系统中，任务ｔ ｃｐｉｐ一 ｔｉｍｅｒ ｔａｓｋ每隔一段时间就会检查是否有接收进的数据包，它调用函数ＮＵ＿Ｒｅｔｒｉｅｖｅ Ｅｖｅｎｔｓ ０，等待一个标志位。⑤当ＮＵ＿Ｓ ｅｔ Ｅｖｅｎｔｓ ０中设置的标志位恰是所等待的标志位时，用ｄｅｖｉｃｅ－＞ｄｅｖ＿ｉｎｐｕｔ接收数据。）ｄｅ ｖ＿ｉｎｐｕｔ即ＮＥＴ－Ｅｔｈｅｒ－Ｉｎｐｕｔ，它先判别收入的数据包是否ＩＰ数据包，确认后调用ＩＰ＿Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ ０将数据传给ＩＰ层。 ＭＩＰ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ ０调用函数ＴＣＰｗｅＩｎｔ ｅｒｐｒｅｔ ０将数据包传给传输层。．ＴＣＰ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ）调用函数ＴＣＰ Ｄｏ ０，传送输入的数据包。如果是ｓｅｖｅｒ端的连接确认信号，则调用宏ＳＣＫ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ，将ｓｏｃｋｅｔ结构体ｓｏｃｋｗｅｓｔ ｒｕｃｔ中的ｓ －ｓｔａｔｅ置为＂ｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ”状态，通知主机进程连接成功。４． ３． ４ ＵＳＢ接口通信模块设计１． ＵＳＢ基本原理随着计算机硬件的飞速发展，外围设备日益增多，高速和高通用性成为外设追求的 目标Ｉ＇ｌｌ． ＰＣ机基于传统串／并行接口的一个端口仅能接一个设备通信模式的弊端逐渐呈现出来。为了提高ＰＣ外设与主机之间的通信带宽，满足日益增多的外设对通信端口数量的需求，以Ｉｎｔｅｌ为首的七家公司于１９９６年推出了ＵＳＢ （Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ，通用串行总线）总线协议。ＵＳＢ设备最大的特点就是即插即用。ＵＳＢ设备在插入ＵＳＢ端点时，主机都通过 默认地址０与设备的端点０进行通讯。这一过程中，主机发出一系列试图得到描述符的标准请求，通过这些请求，主机得到所有感兴趣的设备信息，从而知道了设备的情况以及如何与设备通讯。随后主机通过发出Ｓｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓ请求为设备设置一个唯一的地址．这江苏大学工程硕士学位论文样配置就完成了。以后主机就通过为设备设定好的地址与设备进行通讯，而不再使用默认地址０了。有的时候设置完地址后，可能还要获得一次描述符，然后再次设定配置（Ｓｅｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ），之后才算完成了对新插入ＵＳＢ总线设备的配置过程。在上面的配置阶段中，主机也了解了设备端点的使用情况，以后，就可以通过这些 端点来进行特定的传输方式的通讯了。例如对于标准ＵＳＢ设备—Ｕ盘来说，可以通过批量传输方式（（ＢＵＬＫ），并使用特定的ＢＵＬＫ端点。由于Ｕ盘是一个标准的ＵＳＢ设备，操作系统带有它的驱动，而不需要编写专门的主机驱动程序．但这样就必须为它选择一种标准命令集：比如ＵＦＩ驱动或ＳＣＳＩ，这种情况下，操作系统中自带的驱动就可以管理这个设备了。但对于非标准命令设备，则可以自定义一套请求指令集。同样采用ＢＵＬＫ传输方式，但需要编写专门的主机驱动程序来实现对ＵＳＢ设备的操作。因此，在使用该设备之前必须安装设备驱动程序。２． ＵＳＢ通信接口设计由于本串口以太网转换器主要提供ＵＳＢ下载，故主要是设计ＵＳＢ驱动程序。这里 的ＵＳＢ驱动程序流程图如图４－１５所示１３２１．底层初始化主要是：包括初始化ＰＤＩ ＵＳＢＤＰＩＩ与ＣＰＵ的硬件连接，复位ＰＤＩＵＳＢＤＰＩＩ和初始化相关的全局变量等。Ｒａｍｄｉｓｋ所使用存储设备的选择是在Ｇｆｄ＿ ｕｓｂ＿ｉｒｑ． ｈ文件中进行的。此文件中有如下宏定义＃ｄｅｆｉｎｅ ＵＳＢＩｒＡ１Ｃ， ＃ｄｅｆｉｎｅ ＵＳＢＮＯＲＦＬＡＳＨ等，打开相应的宏定义，则选择相应的存储设备。在Ｎｕｃｌｅｕｓ系统中，通过调用文件系统初始化函数ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ＧＦＤＪｎｉｔＦａｔＦＳ（ｉｎｔ ｄｅｖｉｃｅｎｏ）后，最终在实验平台的相应存储介质上建立起Ｎｕｃｌｅｕｓ文件系统（此文件系统为ＦＡＴ１６格式）。 底层初始化，建立堆搅、中断向重表等调用操作系统函、数（ｔａｓｋｍａｉｎ），初始化主函数，（－卜文件系统，设置Ｒ知国地 ｋ大小、等待ＵＳＢ中断、图本１５ ＵＳＢ驱动流程图江苏大学工程硕士学位论文ｈ面分别介绍ＵＳＢ驱动的几个基本函数：１） ＵＳＢ中断服务程序的主函数ＨＡ－ＧＦＤＵＳＢ＿ ＩＮＴＨＡＮＤＬＥ（ｖｏｉｄ）图４ｌ ６ ＵＳＢ中断服务程序流程ＵＳＢ设备在接入主机时，产生一个ＵＳＢ中断进入ＵＳＢ的中断服务程序进行设备列举， 并实现主机对设备的配置，完成后即可以进行数据传输。中断服务程序的主函数执行流程如图４－１６．①控制端点： ＳＥＴＵＰ中断进行控制传输：设备列举阶段的控制传输操作主要在此实现，响应中断 后转入ｕｓｂ＿ｉｒｑ＿ｓｅｔｕｐ（）函数，该函数的实现将在下面将阐述。其他中断包括：ｒｅｓｅｔ复位中断） 、ｏｕｔ中断（在为控制端点时并没有进具体操作）、ｐｉｎｇ， ｔｒａｅｒｒ（传输错误中断）、ｓｔｏｖ（统计中断）、ｃｔｒａｅｒｒ（控制传输错误中断），当为这些中断时，将进行相应寄存器的配置。②Ｂｕｌ ｋ端点：Ｏｕｔ中断：转入ＯＵＴＩＮＴＲ（ ）函数，该函数主要在用作ＢＵＬＫ＿ ＯＮＬＹ传输中主机向设备传送ＣＢＷ封包，设备进行ＣＢＷ封包的接收，并配置相应的ＤＭＡ中断以在ＵＳＢ中断结束后转入相应的ＤＭＡ中断服务程序。其他中断：ｒｅｓｅｔ（复位中断）、ｓｔｏｖ（统计中断）、ｔｒａｅｒｒ（传输错误中断） ，当为这些中断时，将进行相应寄存器的配置。江苏大学工程硕士学位论文２ ） ｕｓｂ ｉｒｑ＿ｓｅｔｕｐ（）函数的流程［３３１以及具体实现：该函数主要作为设备对主机的控制传输中请求的响应处理，并按下列顺序实现：①获取主机发送的请求命令：通过ｇ ｅｔ ｉｒｑ＿ｒｅｑｕｅｓｔ ｃｍｄｏ函数读取相应的寄存器，取得请求命令数据。 ②根据获取的命令进行相应的操作，ｐｄｃｓｅｂｕｓ ＿ｃｔｒｌ－ｐｉｐｅ－ ｎｏｔｉｆｉｃａｉｏｎ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇｎｏｔｉｌ ｔｙｐｅ， ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＊ｃｍｄ）实现该功能。其中调用ｐｄｃ ｂｕｓ＿ｇｅｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（Ｕ８＊ｃｏｍｍａｎｄ）函数实现ＧＥＴｅｓＤＥＳＣＲＩ ＰＴＯＲ命令，ｐｄｃｓｅｂｕｓ ＿ＳＥＴ ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮ（ｖｏｉｄ）实现ＳＥＴｅｓＣＯＮＦＩ Ｇ命令（但是该函数并未实现具体操作）。③判断是否为ＳＥ几ＣＯＮＦＩ Ｇ命令：若是，则设置ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｓｅｔｃｏｎｓｔａｔｅ中断返回；否则，调用ｔｒａｎｓｃｌ（（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＊）ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＴｒａｎｓ．ｈｅａｄ ｔｅｍｐ）实现控制传输中的数据阶段，该函数的实现请参阅下面说明。函数ｔ ｒａｎｓｃｌ（（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＊）ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＴｒａｎｓ．ｈｅａｄ＿ｔｅｍｐ）是否设备属己配置状态ａ．设置已配置标志并发送８＇ Ｆ节的数据要传送的字节是否大于８ ｂ是否有余数或要发空设置包长度并发送数据 设健长包标记并申请ＤＭＡ中断设置短包标记发送设定长度的数据图４－１ ７ ｔｒａｎｓｃｌ函数流程图３） ｒａｎｓｃｌ函数主要用于控制传输中，设备响应主机的请求给发送请求数据。该函数流程图如图４－１７所示：江苏大学工程硕士学位论文①当ＵＳＢ设备第一次接入主机时，设备处于未配置状态，主机向设备发送请求要 求发送６４个字节长度的设备描述符，根据协议要求此时设备只向主机发送设备描述符的前８个字节；（见图ａ处）②判断空包标记是因为主机在设备列举时向设备要求发送ＯｘＦＦ字节长度的配置 描述符，设备向主机发送完所有描述符（本设计中为犯字节）后，需向主机发送空包以通知主机要求的数据己经发送完毕；（见图ｂ处）③空包和余数字节的发送在ＤＭＡ中断中实现。 ４）函数ＥＲ ｕｓｂｄｍａ（ｖｏｉｄ）ＵＳＢ的用户数据传输是主要是利用ＤＭＡ中断处理函数实现的，当设置 ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｕｓｂｄｍａｐｐ全局变量为ＡＰＰ，同时配置ＤＭＡ中断屏蔽寄存器，使ＤＭＡ在传输完数据后转入ＤＭＡ中断服务程序。由于ＤＭＡ还响应除了ＵＳＢ外的其他的中断，所以在中断服务程序中在根据ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｕｓｂｄｍａｐｐ转入相应的ＤＭＡ中断处理例程。流程图如图４－１８所示：函数ＥＲ ｕｓｂｄｍａ（ｖｏｉｄ）Ｓ是控制端点或Ｓ是批传输端点Ｓ是控制端点Ｓ是批传输端点控制端点：等待上次ＤＭＡ传输完成 批传输端点：转态机设置进行相应批传输操作发送余数字节的数据和空包 图４－１８ ＥＲ ｕｓｂｄｍａ（ｖｏｉｄ）函数流程图批传输的状态机设置说明如下：①ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＢｕｌｋＳｔａｔ．ｂｌｋｓｔａｔｅ全局变量说明了ＢＵＬＫ传输所处的具体阶段，一共江苏大学工程硕士学位论文有三个状态阶段：ＢＬＫＣＭＤ，ＢＬＫＰＲＯ和ＢＬＫＥＮＤ，这三个阶段依赖于ＢＵＬＫ ＯＮＬＹ传输协议。②ＢＬＫＣＭＤ状态：由于ＵＳＢ的中断服务程序中的ＯＵＴＩ ＮＴＲ函数已经完成了ＣＢＷ封包的接收，在这个状态中ｕｓｂｓｅｂｕｌ ｋｏ函数完成ＣＢＷ封包合法性的判断，并根据主机的ＵＦＩ命令进行ＵＦＩ操作，但并未完成主机和设备间数据的交互，即只是为数据传输做好准备。接着根据ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＢｕｌｋＳｔａｔ．ｕｎｓｉｎｇｌｅｐｏｃｋｅｔ标志判断ＢＵＬＫ ＯＮＬＹ传输是否有中间ＤＡＴＡ－ＩＮ阶段或ＤＡＴＡ－ＯＵＴ阶段，若有，则利用ｔｒａｍｂｕｌｋ函数进行数据传输但该函数只是传输小于ＢＵＦＦＥＲ （２Ｋ字节）长度的数据，若此次数据传输能在一次传送中完成，则跳入ＢＬＫＥＮＤ状态，即在结束此次中断后又响应ＤＭＡ中断（ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｕｓｂｄｍａｐｐ仍然未ＡＰＰ）后跳入ＢＬＫＥＮＤ状态，否则转入ＢＬＫＰＲＯ状态，显然此时主机发送的必为ＲＥＡＤ或ＷＲＩＴＥ命令。若不需要ＤＡＴＡ－ＮＩ或ＤＡＴＡ－ＯＵＴ阶段，则进行ＣＳＷ的传送，并设置ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｕｓｂｄｍａｐｐ为ＮＡＰＰ，等待下一次ＵＳＢ中断。③ＢＬＫＰＲＯ状态：继续进行未完成扇区的读写操作直到完成后跳入ＢＬＫＥＮＤ状 态。④ＢＬＫＥＮＤ状态：结束本次数据传输过程，向主机发送ＣＳＷ封包，并设置 ＭＳＤｅｖｉｃｅ．ｄＵＳＢＳｔａｔ．ｕｓｂｄｍａｐｐ为ＮＡＰＰ，等待下一次ＵＳＢ中断。４．３．５其它模块软件设计１ ．空闲状态的设计通信模块处于空闲状态，此时通信模块可以接收外部模块启动通信的消息。本程序 主要是设置一个无限循环状态，这个嵌入式程序的功能体总是被一个无限循环来包含着以使它们可以永远运行下去。ＶＯＩ Ｄ Ｗｄｔｕｌｄｌｅ（ＵＮＳＩＧＮＥＤ ａｒｇｃ， ＶＯＩＤ ＊ａｒｇｖ）｛ ＩＮＴ ｍ， ｎ， ｐ；ｗｈｉ ｌｅ（１）ｍ＝１；ｎ ＝ １０；ｍ＋＝ １０００；ｎ十＝ｍ；ｍ＝ｍ／４；江苏大学工程硕士学位论文ｎ ＝ ｍ ＋１ ２３４５；Ｐ＝ｍ＋ｎ；｝ ） ２． ＰＣ端程序的设计本程序使用ＶＢ６． ０中文版编程实现，ＶＢ６． ０提供了，ｉｎｓｏｃｋ控件（３１），此控件包含有用户数据文报协议（（ＵＤＰ）和传输控制协议（（ＴＣＰ／ＩＰ）。可以通过串行端口传送和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。Ｗｉ ｎｓｏｃｋ使用的ＴＣＰ协议和ＵＤＰ协议允许建立并保持一个到远程计算机上的连接，且可以在连接结束之前实时地进行数据交换。用户仅通过设置属性并借助事件处理就能够轻而易举地连接到一个远程的计算机上，而且只用两个命令就可以实现数据交换。使用ＴＣＰ协议时，如果需要创建一个客户应用程序，就必须识别服务器的名称或Ｉ Ｐ地址。应用程序的通信端口随时都将仔细监测对方发出的消息，这是系统进行可靠连接的保证。一旦连接发生，任何一方都可以通过ＳｅｎｄＤａｔａ发送和接收数据，并借助ＧｅｔＤａｔａ把自己的数据分离出来。传送数据时，需要先设定客户机的ＬｏｃａｌＰｏｒｔ属性，服务器则只需要把ＲｅｍｏｔｅＨｏｓｔ属性设定为客户机以太网的地址，并设定与客户机ＬｏｃａｌＰｏｒｔ属性相同的端口地址，借助ＳｅｎｄＤａｔａ方法开始发送数据。客户机则在ＧｅｔＤａｔａ事件中通过ＤａｔａＡｒｒｉｖａｌ事件分离出发送的数据。一个Ｗｉｎｓｏｃｋ控件可以让本地计算机连接到远程的计算机上，同时使用ＵＤＰ或ＴＣＰ协议，两个协议都能创建客户机和服务器应用。使用Ｗｉ ｎｓｏｃｋ控件时，通信的双方需要选定相同的协议。ＴＣＰ协议适用于传送大容量、需要安全性保证的数据文件；而ＵＤＰ协议适用于需要分别与很多下属通信，或者建立的连接比较多且为变化的情况，特别是在数据量很小的时候。设定时可以使用Ｗｉｎｓｏｃｋｌ．Ｐｒｏｔｏｃｏｌ＝ｓｃｋＴＣＰＰｒｏｔｏｃｏｌ方法，找到你的计算机的名称，并把它添入Ｗｉｎｓｏｃｋ的ＬｏｃａｌＨｏｓｔ属性中。传送的数据如果需要存贮，我们可把传送上来的数据全部存贮在字节数组中。为了 准确地对字节数组进行处理，建立一张配置表，配置表所用的数据库选用中文Ｓｑ１Ｓｅｒｖｅｒ ２０００。配置表中包括一些重要信息，如点的名称、长度、值、时间等。通过这张配置表把读取的一长串数据跟监控系统中的序号对应起来。字节数组根据不同的内容存入一个特殊的点集合当中，通过ＶＢ中的定时器控件，定时刷新字节数组，从而刷新对应的集合ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，完成对通信数据的定时刷新。为了使控件能根据数据的刷新而刷新，需设置对应控件的ｔａｇ值。这里我们可以把ｔａｇ值设为每个点的名称，这样，首江苏大学工程硕士学位论文先可以根据控件的ｔａｇ值找到对应在集合当中的点值，根据获取的点值来让控件以值的变化来完成控件的刷新。４．４本章小结本章主要介绍基于嵌入式操作系统Ｎｕｃｌｅｕｓ平台的系统软件设计。首先介绍了 Ｎｕｃｌｅｕｓ嵌入式操作系统，然后给出了串口以太网转换器的软件配置，ＲＳ２３２模式下串口通信、基于ＭＯＤＢＵＳ的ＲＳ４８５模式下的串口通信、以太网口通信、ＵＳＢ口通信的设计，以及其它软件程序的设计等。江苏大学工程硕士学位论文５．２转换器的测试与分析５．２．１转换器的测试１．功能测试 １）单机测试 按照图５－１的连接方式，把机器连接好，运行测试程序，清空发送框和显示框，点 击“发送”，在串口以太网转换器的串口端测试程序中的数据发送区输入的字符经发送后将会出现在测试程序网络端测试程序中的数据接收区。这表明，数据已经通过ＤＴＵ０１转换器的转换。功能测试结果见图５－２所示。２）运行测试 ＤＴＵ０１转换器的设计目标是将串口设备联网，实现网络通讯，我们不要求用户精通 ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ协议，不规定串行传输的帧格式，用户可以定义任何串行通讯协议。因此，用户不用更改已有串行通讯程序即可实现网络通讯。以下我们可以模拟这种应用环境进行相关测试。步骤如下：分别配置两台ＤＴＵＯ１转换器，分别将其远程ＩＰ地址设为对方ＩＰ地址（两台ＤＴＵ０１ 应配置在同一局域网内），本地端口和远程端口分别交换设置，即对方的远程端口为本机的本地端口，对方的本地端口为本机的远程端口，其他按需要设置。将两台ＤＴＵ０１转换器用交叉网线相连（也可分别和交换机或ＨＵＢ的不同端口相连），串口接各自ＰＣ串口（也可是同一ＰＣ的不同串口之间）。打开测试程序设置对应参数即可建立通讯。在一个测试程序的数据发送区中键入的字符将显示在另一个测试程序的数据接收区中。２．性能测试 硬件设计完成以后，对串口以太网转换器的主要模块进行了调试，并测出了主要模 块运作时的一些数据。通过这些数据，可以对整机的性能有个大概的了解。１ ）电源测试表５－１系统主要器件的〔作电流和工作电压表 ￣一ＳＥＰ３２０３微处理器ＮＯＲ ＦＬＡＳＨＳＤＲＡＭＲＴＬ８０１９ＵＳＢ工作电压（Ｖ）３．３． ２．５３．３３．３５３．３ｒ．作电流（ｍＡ）３００２５７０３５４０江苏大学工程硕士学位论文表５一系统电压测试对照表与￣￣￣￣外部输入电压５Ｖ－３．３Ｖ ＬＤＯ理论值（Ｖ）５３．３实汉叮值（Ｖ）５．１０３．４５２．５６偏差值（Ｖ）０．１００．１５０．０６５Ｖ－２．５Ｖ ＬＤＯ２．５２）网络速度测试表５－３ ＴＣＰ速度测试数据表缓冲区大小（Ｋｂｙｔｅ ）８１６ＴＣＰ发送（ＫＢｙｔｅ／ｓ ）９８．１１１６．６ＴＣＰ接收（ＫＢｙｔｅ／ｓ ）９１．２１０９１１８１２８３２６４１２７．０１３１．４３） ＵＳＢ传输速率测试表５一全速模式下的传输速率测试表传输文件大小（ＫＢｙｔｅ）１０６传输时间１３分钟１分钟５秒传输速率（ＫＢｙｔｅ／ｓ ）１３５．８９５６６．６６６８０３４３．４４）整机测试 整机电流４００ ｍＡ，功率为２Ｗ．５．２．２转换器测试结果分析１．由上表５－３可以看出，在ＴＣＰ传输的过程中，网络速度在１１ ５ ＫＢｙｔｅ／ｓ左右。理想的以太网的速度是１． ２５ ＭＢｙｔｅ／ｓ，实际使用时只有理想值的３０％，大约３７５ ＫＢｙｔｅ／ｓ．现在测出的速度只有实际使用时的１／３，主要有两个原因： １）在ＳＥＰ３２０３芯片中，对应以太网设备没有ＤＭＡ操作，只有总线读写，这样读写的效率不高，直接导致了网络速度的下降困。２）本转换器内嵌ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，没有使用整个ＴＣＰ／ＩＰ协议，也影响了传输速度。 ２．由表５－４中，１ ０６ＭＢｙｔｅ的数据不是单独的一个文件，是由几个子目录中的单个数江苏大学工程硕士学位论文据文件组成。由于文件系统处理多级子目录中文件的特殊性，导致了传输１０６ＭＢｙｔｅ数据时的速率比传输单个３４ＭＢｙｔｅ和３． ４ＭＢｙｔｅ文件的速率小很多。３４ＭＢｙｔｅ和３． ４ＭＢｙｔｅ的数据是单个文件，在传输单个文件时的传输速率相差不大。在全速模式下，理想传输速率时１２ＭＢｙｔｅ／ｓ，实际速率也有几ＭＢｙｔｅ／ｓ。表中的最大传输速率也只有６８０ＫＢｙｔｅ／ｓ，这主要是因为外部数据通过ＵＳＢ接口传进来时，先把数据放到ＳＤＲＡＭ中，然后再把数据写进ＮＯＲ ＦＬＡＳＨ。这个过程耗时比较多，所以影响了ＵＳＢ的传输速率〔３６５．３本章小结本章给出了ＰＣ端试验程序对设备进行功能及性能测试的结果，并对此进行了分析。江苏大学工程硕士学位论文第六章结论与展望６．１结论目前国内很多终端还使用传统串口（ ＲＳ２３２）通信，由于这类串口没有完整的协议规范，不能很好的判断报文的对错，远距离传输时可靠性差，且无法通过ＩＴ接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，实现网上监控「Ｍ．因此，串口以太网转换器的开发是具有现实意义和社会经济价值的。本课题的目的是实现串行接口的仪器接入网络使得仪器的使用网络化。为此本课题 介绍了该转换器的硬件设计、实时嵌入式操作系统Ｎｕｃｌｅｕｓ， Ｍｏｄｕｂｓ协议、ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，在本转换器上的软件编程实现，并且设计了整机。本课题在硬件结构、下位机软件设计等方面，提出了一些新的设计思想。如： １．采用ＡＲＭ作为该系统的核心处理器，替代过去低档ＣＰＵ，嵌入式实时操作系统可移 植到该系统硬件平台。低档ＣＰＵ多采用单任务结构化编程，不能达到实时性等系统要求；嵌入式实时操作系统采用多任务编程技术，任务之间的同步、互斥原语操作不需用户编程实现．ＲＴＯＳ任务调度算法决定多任务执行顺序，增强了转换器的实时性。２．仪器的接口多种多样，扩展性好。串口以太网转换器有串口、网口、ＵＳＢ接口， 并且预留了ＧＰ１０接口、ＬＥＤ接口、ＪＴＡＧ接口、ＬＶＴＴＬ ＵＡＲＴ接口等。３．４８５模式下采用ＭＯＤＢＵＳ协议通讯，可方便与其它工业控制设备交换信息。 ４．转换器提供ＲＳ２３２／４８５到ＴＣＰ／ＩＰ网络之间数据的透明传输，内嵌协议栈，用户不 用了解复杂的ＴＣＰ／ＩＰ协议，甚至不用更改程序即可实现原有串口设备的网络连接，节省您宝贵的时间和已有投资。６．２展望因为微处理器对于各种电器设备有良好的接入和控制能力，所以我们实现了微处理 器的网络接入功能后，就在电器的硬件设备和网络之间建起了一道桥梁，通过它可以实现对各种实时信号仪器仪表家用设施等目标的远程监视。在宏观上，对各种设备统一管理实现人与系统的和谐的交互，这必将大大提高工作效率，改善工作环境提升人们的生产生活水平。不过本课题还有其不足的地方，比如： ①转换器采用ＭｏｄＢｂｓ 协议两种模式的自动识别还不够智能化。目前对于这一问题的解决办法是通过保留地址号１８６，能够识别出是何种模式，但在识别后对于收到数据江苏大学工程硕士学位论文的处理方面现在还没有太好的办法，在有条件的情况下（已知发送方的数据格式时）可以还原出原数据，但毕竟局限性太大。②随着新技术的出现，例如无线网络的出现，如何实现嵌入式无线网络串口以太 网转换器是一个研究的课题。信息技术和网络技术已经被公认是新世纪最具活力的技术，如何在新的条件下发展 仪器技术，从而更快捷准确地实现监视和控制，如何更好地利用这些新技术，为仪器技术的进步注入新的力量，是所有仪器应用工程技术人员和专家的责任，衷心希望此文能为仪器的网络化工作有所帮助。江苏大学工程硕士学位论文致谢本课题从选题、收集材料、制定方案、论文撰写和具体实施，自始至终得到导师 陈祖爵老师的悉心指导和大力帮助。他丰富的知识和严谨的治学态度将使我终身受益匪浅。我会永远铭记陈老师对我耐心细致的指导，特在此时致以由衷的感谢！在本课题的研究过程中，本人在东南大学做国内访问学者，同时在南京博芯电子 有限公司学习，东南大学时龙兴博导和凌明老师都给予我很大的帮助和研究方向上的指导，在此向他们表示衷心的谢意。同时我要特别感谢东南大学钟锐老师，感谢他在我做课题期间从选题、收集资料、 以及在整个研究过程中的给予我的技术指导和协助，在此向他表示由衷的感谢。此外，我还要感谢南京博芯技术有限公司肖建博士、张宇博士、周晓明硕士以及全 体公司同仁对我的帮助，对此一并表示感谢。江苏大学工程硕士学位论文参考文献［１〕许报山．基于ＡＲＭ－Ｕｃｌｉｎｕｘ的串口设备联网服务器开发．〔硕士学位论文〕，西南交通大学．２００５． ［２］ＺＮＥ－２００Ｔ／ＺＮＥ－２００产品使用说明书．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｉｇｍｃｕ．ｃｏｎＶｔｏｏｌｓ／Ｅｔｈｅｍｅｔ／ＺＮＥ－２００／ＺＮＥ－ ２０ＯＴ－２００ ｍａｎｕａｕａｌ．ＰＤＦ．［３］ ＸＺ－ＲＴＵ３００。系列基于以太网通信的现场数据采集控制器．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｚ－ｙｂ．ｃｏｎＶｚｔｌ６－ｌ． ｈｔｍ．［４１ ＮＰｏｒｔ ５２１０／５２３０系列串口串口服务器． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｚｙｇ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｐｒｏｄｕｃｔＤｅｔａｉｌ．ａｓｐ？ｐｒ ｏｄｕｃｔｌＤ＝１９２［５］东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心．ＳＥＰ３２０３移动终端应用处理器 ＥＢ／ＯＬ］． 用户手册〔ｈｔｔｐ：／／ａｓｉｃ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／Ｇａｒｉｆｅｌｄ／ｕｓｅｒ ｎｔａｎｕａｌ．ｐｄｆ ２００４－０６．［６］ ＡＲＭ７ＴＤＭＩ（Ｒｅｖ４） Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ．ＡＲＭ ＤＤ１０２１０Ａ．Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ ２００１ＡＲＭ Ｌｉｍｉｔｅｄ． Ａｌｌ Ｒｉｇｈｔｓ Ｒｅｓｅｒｖｅｄ．［７］马忠梅，马广云，徐英慧等．ＡＲＭ嵌入式处理器结构与应用基础【Ｍ］．第一版，北京：北京航空航天大学出版社，２００２． ［８］ Ｅｖａｎｓ， Ｊ．Ｒ．； Ａｒｓｌａｎ， Ｔ． Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｒｏｂｕｓｔ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｎ ａｎＡＲＭ ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ｃｈｉｐ ｐｌａｔｆｏｒｍ． ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００２． ＩＳＣＡＳ ２００２． Ｖｏｌｕｍｅ ２， ２６－２９ Ｍａｙ ２００２ Ｐａｇｅ（ｓ）：１１－２６９一ＩＩ－２７２ ｖｏｌ．２［９］Ｇｅｕｎ－ｙｏｕｎｇ Ｊｅｏｎｇ； Ｊｕ－ｓｕｎｇ Ｐａｒｋ； Ｈｙｕｎ－ｗｏｏ Ｊｏ； Ｂｙｕｎｇ－ｗｏｏ Ｙｏｏｎ； Ｍｙｕｎｇ一ｉｎ Ｌｅｅ． ＡＲＭ７ｃｏｍｐａｔ ｉｂｌｅ ３２－ｂｉｔ ＲＩＳＣ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ９ｔｈ Ｒｕｓｓｉａｎ－ＫｏｒｅａｎＩ ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００５． ＫＯＲＵＳ ２００５． ２６ Ｊｕｎｅ－２ Ｊｕｌｙ２００５ Ｐａｇｅ（ｓ）：６０７一６１０．［１０」时龙兴，凌明，王学香，钟锐．嵌入式系统一一基于ＳＥＰ３２０３微处理器的应用开发．北京：电子工业出版社，２００６． 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