基于VxWorks和MPC860T平臺的嵌入式串口通信服務器的解決方案

1.引言
隨著IP技術的迅速發展，“Everything over IP”的觀念已深入人心。如何有效的將物理上分布于各個地方的串行設備接入互聯網，以實現基于IP技術的遙測遙控成為當前研究和應用的一個熱點。論文以嵌入式實時操作系統VxWorks和高性能的嵌入式微處理器MPC860T為軟硬件平臺，提出了一個適合各種速率的串行設備接入IP網絡的高性能通信服務器的解決方案，它充分發揮了操作系統VxWorks的實時性以及嵌入式微處理器MPC860T在網絡、通信方面的卓越性能。利用該通信服務器不但可以將低速率的串行設備接入互聯網，也可以將具有較高速率、對實時性有較高要求的串行設備接入互聯網。
2.串口通信服務器的體系結構
在實際應用中，各種監測、控制設備多以串行通信的方式的和外界通信。而串行設備千差萬別，特別是在數據的傳輸速率和數據格式方面有很大的不同：既有利用UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發）協議傳輸的低速率數據，又有利用HDLC（high-level data link control,高級數據鏈路控制）等協議傳輸的高速率數據；對數據傳輸實時性的要求也有很大區別：既有非實時性的串行數據傳輸，也有對實時性要求比較嚴格的串行數據，如音、視頻數據，高速設備的實時監控數據等。如何有效的將各種串行設備合理的接入IP網絡，以實現基于互聯網的分布式遠程監控呢？論文根據這一需求，提出了一種如圖1所示的串口通信服務器的體系結構，該串口通信服務器能夠較好的將各種串行設備接入IP網絡，并且在實時性方面有比較突出的表現：能夠將各種高速、實時性的音視頻數據快速接入IP網絡，以實現基于IP網絡的遙測遙控。

在圖1所示的串口通信服務器體系結構中，服務器配置程序為用戶提供了一個基于C/S模式的服務器通信參數配置接口，用戶可以利用運行于個人計算機上的客戶端配置程序與通信服務器的配置串口通信以隨時改變通信參數；嵌入式實時操作系統主要完成各種任務的實時調度、中斷管理、系統資源管理等功能；所謂BSP（Board Support Package，板級支持包）就是針對該通信服務器特定的硬件平臺所編寫的底層程序，它依賴于硬件，主要包括初始化代碼和部分驅動程序；FEC(Fast Ethernet Controller,快速以太網控制器)驅動程序提供雙工100/10M自適應以太網控制器驅動；雙內核的嵌入式微處理器用于運行操作系統、應用程序、配置程序以及通信協議的底層微碼；外圍接口層對外提供各種標準的通信接口，如RS-232、RJ-45等。
3.串口通信服務器的硬件實現
在串口通信服務器中，嵌入式微處理器的性能無疑是影響整個通信服務器性能的一個關鍵
因素，根據圖1所示的通信服務器體系結構，論文選用Freescale公司的雙內核嵌入式微處理器MPC860T。它是一款集成了雙內核和豐富的外圍設備的微處理器，可廣泛應用于各種控制領域，特別是在通信和網絡領域有著優異的性能，其組成如圖2示。基于PowerPC體系結構的MPC8xx內核主要負責操作系統和應用程序的運行；CPM模塊擁有獨立的基于RISC的通信處理器，該通信處理器主要為SCC（Serial Communications Controllers，串行通信控制器）、SMC（Serial Management Controllers，串行管理控制器）等通信信道提供服務、執行通信協議的底層代碼以及控制DMA。SIU主要負責系統的啟動、初始化、中斷以及外部總線功能等。FEC提供10/100M以太網控制功能，它提供獨立的FIFO和突發DMA，因此可以在不影響CPM性能的情況下提供10/100M以太網連接。其中4個SCC通道可以獨立配置成HDLC模式、異步HDLC模式、10M以太網模式等；2個SMC通道可以配置成UART模式、透明傳輸模式等。