高性能嵌入式工業以太網監控系統電路設計

　　現場智能監控裝置是構建控制網絡的基礎和關鍵，采用高端嵌入式技術實現以太網現場智能裝置開發是其重要發展趨勢。本文提出基于嵌入式工業以太網技術的監控系統，詳細闡述了嵌入式工業以太網監控裝置的硬件和軟件的設計過程，包括32位微處理器系統的實現、以太網接口單元模塊的實現、uCLinux嵌入式操作系統分析和移植，uCLinux下驅動程序的分析和實現、 Socket套接字分析、HTTP協議分析、嵌入式Web服務器的實現等。本文設計了一種以以太網為主體的雙環冗余高速工業監控網絡體系，其系統結構示意圖如圖1所示。

　　嵌入式工業以太網監控系統硬件

　　嵌入式系統硬件包括微處理器、外圍控制電路、只讀存儲器、可讀寫存儲器和外圍設備。本文將介紹和分析自主研制的嵌入式以太網監控系統裝置，該裝置以53C4510B嵌入式微處理器為核心，采用MAX1422作為12位高速AD轉換器，連接RTL82OIBL以太網物理層接口電路，外加 SST39VF160和HY57V641620作FlashROM和SDRAM單元，構成基本硬件平臺。

　　圖1 雙環冗余高速以太網結構示意圖

　　RS-232串行通信接口

　　RS-232串行接口電路用于嵌入式微處理器串行模塊與外部串行資源的對等連接，實現LUTTL電平與RS-232電平之間的轉換，本文設計使用一路RS-232串口電路。圖2為RS-232串行接口電路圖，UART0的數據發送信號UATXD0接MAX3232E的T11，轉換成RS- 232-C電平后，由T10接到9芯插頭的RXD引腳。9芯插頭的TXD信號連接到MAX3232E的R11，轉換成LVTTL電平后，由R10連接到 UARTO的數據接收引腳UARXD0。

　　圖2 RS-232串行接口電路圖

　　存儲單元設計

　　存儲單元電路由大容量的F1ashROM和SDRAM組成。根據嵌入式系統的工作方式，系統啟動時首先使用Boot Loader代碼將 FlashROM中的操作系統內核和應用程序拷貝進SDRAM，并進行存儲器的重定位，然后跳轉到SDRAM對應的地址執行程序。S3C4510B支持8 位/16位/32位的存儲器組，對應的可以構建8位/16位/32位的F1ashROM存儲器系統。存儲器數據總線越寬，系統的性能就越高。但考慮成本和功耗等因素后，設計采用一片SST39VF160構成16位的F1ashROM存儲器系統，內存700kB左右大小的uClinux內核和其他應用程序。參照S3C4510B的工作特性，設計選用2片HY57 V 641620并聯構建32位的SDRAM存儲器電路，充分發揮32位CPU的數據處理能力，滿足嵌入式操作系統及各種復雜應用的要求。

　　在基于建立無縫的企業信息集成的發展趨勢、32位嵌入式處理器系統與工業以太網技術相互結合的先進控制理念下，本文提出的高性能嵌入式工業以太網監控系統的設計方案、重點分析并實現了新型嵌入式工業以太網監控裝置的硬件架構和嵌入式軟件體系。