異步串行接口與以太網服務器的連接

關鍵詞：以太網 串行接口 TINI

很多電子設備利用串行接口與其它設備進行通信，其中有溫度調節(jié)器、POS機、遠程監(jiān)控儀、條碼掃描儀、票據(jù)打印機、射頻標簽收發(fā)器、血壓計及其它現(xiàn)場使用的測試設備和新型自動化設備。大多數(shù)設備與外部的通信是通過串口進行的，不能直接連接到大型計算機網絡，無法滿足TCP/IP連接和以太網通信的需求。由于成本和時間問題，很少有人選擇對系統(tǒng)進行重新設備的途徑。利用本文介紹的基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平臺，可以將孤立的串行設備連接到以太網。

1 TINI和網絡

TINI（微網接口）是Dallas Semiconductor開發(fā)的一種技術平臺，目的是協(xié)助用戶快速整合DS80C390/DS80C400網絡微控制器的研發(fā)，TINI定義了一個芯片組，包含一個嵌入式操作系統(tǒng)，其中整合了經過高度優(yōu)化的Java運行環(huán)境。Java編程者可從其中獲得一般的嵌入式開發(fā)中不多見的強大功能：多線程、無和單元收集、繼承性、虛擬化、跨平臺能力 、強大的網絡支持，以及―最后但很重要―大量免費的開發(fā)工具。TINI使用乾通常不直接面對匯編代碼。不過，為了優(yōu)化嚴格要求速度的通道或者訪問底層硬件，同時也支持并鼓勵本地語言子程序（TINI操作系統(tǒng)用本地代碼寫成，因此，串行I/O的吞吐率和現(xiàn)代PC沒有明顯差異）。除完全支持java.net包外，TINI Java運行環(huán)境還包含一個完整實現(xiàn)的javax.com子系統(tǒng)。通過Java可毫不費力地訪問TCP/IP和串行口，因此，TINI系統(tǒng)可非常容易地用來實現(xiàn)串行口-以太網橋。

下面的例子中，TINIm390驗證模塊（放置在E10插槽）是DS80C390 TINI開發(fā)平臺的硬件部分（TINIm400是配合DS80C400制作的）。除了SRAM、Flash、以太網、CAN總線、1-Wire等，系統(tǒng)還有四個串口，其中DS80C390內部包括兩個UART，另外兩個是擴充的（采用一片16550選配件）。需要注意的是，E10插座上的兩個串行連接器都被接到了serial0，它們只是在DTE/DCE引腳安排上有所差異。詳細資料請參閱《TINI特性和開發(fā)指南》，PDF文件可以從http://www.ibutton.com/TINI/book.html下載。

2 范例

下面介紹兩具具體應用，并從一個普通的串行口-以太網程序中摘錄片段出來。經過修改，它幾乎可適應于各種應用。這些范例利用TINIm390/400驗證模塊搭建而成，如圖1所示。

可以把TINI驗證模塊看成“黑盒子”，將多個串行設備掛接到以太網。根據(jù)最終設備的需要，TINI可以讓數(shù)據(jù)流直通，也以對數(shù)據(jù)進行解析、翻譯或修改。盡管設計人員可以在TINIm390/400的開發(fā)器外殼上運行這些范例，但更合理的做法將其駐留于內存之中，掉電之后還能夠自啟動，并利用其它一些TINI構造技術使最終產品更加牢靠。如果想修改這些范例，需要具備一些基本的網絡知識和編程經驗。樣例工作代碼也可以Dallas公司ftp站點（ftp://dalsemi.com）下載。

（1）虛擬調制解調器

虛擬調制解調器（Modem）利用TINIm390/400和TCP/IP連接，替代特殊調制器和電話線。假定有一個舊設備，比如某工廠的“機器狀態(tài)監(jiān)視器”，它利用一個調制解調器，一天之內數(shù)次撥號到一個中央服務器，報告機器的狀態(tài)、負載和效率數(shù)據(jù)。為了削減服務器端日益增長的調制解調器庫，并利用現(xiàn)有的LAN取代連接到設備的電話線，我們可以重寫服務器軟件以支持TCP/IP，并且用TINI虛擬調制解調器取代每個機器上原有的調制解調器。這樣，機器狀態(tài)監(jiān)視器就不必再作任何修改，對于最終設備而言，虛擬調制解調器的使用和一個真正的調制解調器完全一樣。

除了上述配置，虛擬調制解調器當然也可以成對使用。如果雙方都使用虛擬調制解調器，就無須對服務器軟件作任何改動，TINI模塊可直接替換現(xiàn)有的調制解調器。在此情況之下，虛擬調制解調器每次接到“AID”調制解調器撥號命令時，實際建立的是TCP連接。“ATH”斷開命令關閉TCP連接。軟件也實現(xiàn)一系列其它的經典AT調制解調器命令，并被諸如Microsoft Windows之類的網絡系統(tǒng)認作真調制解調器，此外，虛擬調制解調器還可以偵聽TCP端口，當收到“呼叫”信號時，向終端設備發(fā)出“振鈴”。

下面的代碼片段顯示了如何對TINIm390上的串行口進行初始化：

public static void man(String args[]){

TINIOS.setSerialBootMessagesState(false)；

TINIOS.setDebugMessagesState(false);

TINIOS.setConsoleOutputEnabled(false);

System.out.println("Connecting to serial0 at 9600bps," "listening on TCP port 8001");

try{

CommPortIdentifier portId=CommPortIdentifier.getPortIdentifier("seria10");

SerialPort port=(SerialPort)=(SerialPort)portId.open("VmodemTINI",10000);

TINIOS.estRTSCTSFlowControlEnable(1,false);

TINIOS.setRTSCTSFlowControlEnable(0,true);

TCPSerialVirtualModem modem=new TCPSerial VirtualModem(port,/*Comm speed */9600,/*TCP Port */8001);

Modem.processIuput();

}

catch (Excepiton e){

System.out.println("Exception:+e.toString());

}

}

這段代碼首先禁止掉所有來自TINI OS的調試輸出――TINI上的標準慣例。獲得一個端口號后，打開這個端口（如果端口正在被另一個應用使用，第二個參數(shù)指明等待多久），接下來，設置硬件流控制狀態(tài)。由于TINIm390僅有一套RTS/CTS線用于串口0和1，在目標端口使用它們之前，程序首先應該關掉其它端口上的流控制，下面，就是一個Java虛擬調制解調器范例。

虛擬調制解調器類似包含一個AT命令解釋器（未在此示出，盡管到目前為止，它是本范例中最大的一部分）和網絡代碼。下面的代碼用來設置串口位速率、數(shù)據(jù)和停止位，以及奇偶位。從中可以看出，處理入站連接是何等簡單：

/**Creates a new VirtualModem connected to a serial port on

* one end and a TCP port on the data side.

* serial --the serial port this VirtualModem talks to.

* speed --the speed the serial port should be set to.

* tcpport --the TCP port this VirtualModem listens on.

* throws IOException when there's a problem with the serial or TCP port.*/

public TCPSerialVirtualModem(SerialPort serial,int speed,int tcpport)

throws IOException

{

super(serial);

try{

serial.setSerialPortParams(speed,SerialPort.DATABITS_8,

SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE);

}

catch(Unsupported CommOperationException e){

throw new IOException();

}

…

serverSock=new ServerSocket(tcpport,1);//backlog of one listenThread=new listenInbound();

listenThread.start();

}

最后，listenThrad()片段可接受一個到來的連接請求：

public void run() {

int rc;

Socket s;

While (running){

s=null;//No incoming connection request

try {

answered=false;

s=serverSock.accept();

//Discard incoming connection if already connected

if(connected)

throw new IOException();

sock=s;//for answer()

…

（2）UPS監(jiān)視器

第二個實例是將TINIm390/400連接到一個不間斷電源的串口。軟件要用網絡UPS工具協(xié)議，允許多個客戶端在多種平臺上檢測UPS的狀態(tài)。該項目源于需要由一臺沒有串口的新Macintosh計算機監(jiān)視現(xiàn)有的UPS電源的需求。目前存在兩種基本的UPS設備，即所謂的智能型和簡單型（或“啞巴型”）。簡單的UPS在多個串行引腳上指示其工作狀態(tài)，它實際上輸出任何ASCII數(shù)據(jù)。由于不存在太多的串行引腳，因而它僅能夠指示幾組有限的信息，如表1所列。

表1

具體實現(xiàn)部分見網絡補充版（http://www.dpj.com.cn）。

3 結論

很多現(xiàn)有設備僅支持異步串行通信，然而，當前的許多應用要求以太網和TCP/IP組網能力。利用強大的Java運行環(huán)境和基于DS80C390和DS80C400微控制器的TINI技術，很容易在極短時間內開發(fā)出一個串行口-以太網轉換器。