基于μC/OS-II和TCP/IP協議的多串口服務器

摘要：針對許多設備不具備網絡接口的問題，以ARM7Cortex-M3處理器LM8962為核心構建嵌入式系統，利用SC28L198芯片擴展8個串口，完成基于μC/OS-II操作系統和TCP/IP協議的多串口服務器設計。該系統能夠同時為8個串口設備提供以太網遠程數據傳輸，為具有串行通信接口設備的網絡控制提供了條件，實現了計算機遠程監控。

　　為使傳統串口設備能夠方便、快捷地接入互聯網，筆者以ARM7處理器LM8962和串口擴展芯片SC28L198為核心構建嵌入式系統(串口服務器)，完成以太網數據與串行口數據之間的相互轉換。一方面，LM8962將SC28L198發送過來的串口數據打包成以太網數據幀，并通過自身的以太網控制器發往主機;另一方面，LM8962將收到的以太網數據解包，分離出數據和相應的串口設備號，然后通過SC28L198的相應通道發往串口設備。

　　1 串口服務器硬件結構

　　該系統選用TI公司生產的ARM芯片LM8962作為主控MCU以及選用Phillips公司生產的芯片SC28L198作為8通道UART控制器。

　　該系統的主要功能是完成TCP/IP協議與串口通信協議之間的相互轉換。

　　主控制器LM8962是由LuminaryMicro公司開發的一款基于ARMCortex-M3MCU內核的32位微處理器。該處理器支持的最大主頻為50MHz，具有嵌入式Flash和SRAM、運動控制PWM等內部模塊。LM8962內部集成了以太網控制器，結合了Bosch控制器局域網技術和10/100以太網媒體訪問控制(MAC)以及物理(PHY)層，簡化了該系統以太網連接的硬件電路設計。該微控制器使用了兼容ARMThumb?的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的。系統的硬件結構如圖1所示。

　　圖1硬件結構圖

　　UART器件SC28L198提供了8路相互獨立的全雙工異步通道，每路UART通過同步總線接口與主機進行通信。每個通道的接收器和發送器均具有16個字符的FIFO，最大限度地減少了接收器超時的情況，使用用戶定義的Xon/Xoff字符可實現自動帶內流量控制，在喚醒模式下可進行地址識別。SC28L198同時還包括以下功能模塊：

　　時序模塊，其中包含一個可產生22個工業標準的波特率的通用波特率發生器和用來產生非標準波特率的2個16位計數器;I/O口控制模塊和狀態變化檢測器模塊;可仲裁24個中斷的中斷仲裁系統。為了降低軟件開銷，器件包含的中斷仲裁系統通過直接訪問或修改中斷向量的方法來報告UART中斷的情況。報告的中斷上下文包括通道編號、器件中斷類型(接收器COS等)、發送器或接收器FIFO的填充點。

　　2 串口擴展電路

　　圖2描述了具有8通道的串口聯網服務器的電路連接框圖。串口服務器的硬件由兩個主要芯片和其他外圍電路組成。在SC28L198的管腳中，CEN、W_RN、IACKN、DACKN、IRQN、SCLK管腳控制著主機外部與內部數據總線與SC28L198之間的數據傳輸，管腳A7～A0為SC28L198與ARM相連的地址總線，D7～D0為SC28L198與ARM傳輸數據的數據總線。

　　圖2電路連接框圖

　　波特率發生器工作在振蕩器或外部X1/CCLK時鐘輸入下，可以產生22個50.0～230.4k范圍內的常用數據通信波特率。通常使用的外部晶振頻率為3.6864MHz和7.3728MHz，在7.3728MHz工作頻率下產生的波特率是3.6864MHz下產生的兩倍。每個接收器和發送器可以工作在不同的波特率下，通過向波特率選擇寄存器寫入不同的選擇代碼將產生不同的波特率。