基于SmartFusion2的溫度采集系統簡單應用設計

當多路串口中任何一路，任何時候到來數據的時候，UART 控制器都能感知這次串行數據，并開通相應的信道，將某一路的串口數據送到RAM 控制器。然后RAM 控制器將該信道的串行數據寫入RAM 中。這樣就可以完成對多路串口數據的采集工作。

在該方案中，需要在SmartFusion2 片上的FPGA 內設計一個UART控制器作為查詢機制中的主機，各個終端串口作為從機，提供串口數據。主機會定時的在SEL總線上發出從機的片選信號，用于選通從機設備。當從機被選中之后，從機自己會做出判斷，如果該從機有數據需要發送，則該從機立刻將串行的數據發出。如果從機沒有數據需要發送，則從機對該選擇信號SEL不做任何反應，定時時間到，主機會自動的去選通下一路從機，從機工作原理與之類似。這樣的做法同樣可以完成對多路串口數據的采集工作。

2 系統軟件設計

本設計采用FreeRTOS操作系統，通過創建Web-

Server進程實現數據的交互。在初始化完成后，執行WebServer進程，WebServer進程發送網頁的數據、更新網頁的數據、得到采集的數據。而關于以太網的協議則使用LwIP協議棧實現。對于硬件層則使用Cor-

tex-M3內部的MAC和外部的PHY進行傳輸。實現物理層的傳輸[7].因此本設計的思路是發送接收數據給網頁和接收發送APB3上對應的地址的數據。將UART的數據格式和網頁HTTP數據格式互換。

軟件設計框圖如圖5 所示，WebServer 進程和網頁進行通信，通信的協議采用LwIP 協議，對于LwIP 協議使用其中的IPv4應用層，使用TCP/IP 傳輸，DHCP 動態獲取IP,數據鏈路層使用內部的MAC,采用100 Mb/s的MII接口和PHY通信，PHY在物理層上和PC機通信[8].

采用自動連接的方式與以太網相連，對于HTTP數據采用監聽的方式，有HTTP 數據則執行相應的操作。在網頁上顯示實時的日期和時間，這個日期和時間不是來自PC機的，而是來自SmartFusion2的，能夠達到顯示數據的采樣時間，方便用戶查看和保存帶有時間的數據。

以太網的初始化首先是MAC的初始化，將MAC初始化為MII接口，半字節，100 Mb/s模式。MAC 初始化后就是對于協議的選擇，本系統選擇TCP/IP協議，通過tcpip_input調用初始化網絡的配置。對于網絡的配置，首先是MAC地址、IP地址、網關、子網掩碼的配置(如果為DHCP則只有MAC地址有效)，可以配置為靜態IP和DHCP 兩種模式。靜態IP 使用netif_set_up函數，DHCP使用dhcp_star函數來開始。

WebServer是系統的主任務，負責網頁和APB3上數據的交互。首先是使用netconn_bind 函數新建一個80端口(HTTP)的網絡，建立好后就一直處于監聽狀態的netconn_listen函數。

有網絡連接時則發送相應的數據。如果有網頁打開數據的請求，則開始發送網頁的數據頭和主界面的數據，同時將網頁的運行的程序也發送過去，這樣內核就可以方便和網頁進行通信。

對于網頁的刷新和數據請求命令都是已經發送給網頁了，如果有網頁的刷新請求則將更新的檢測數據和日期時間數據發送給網頁。有點擊控制命令，處理器則馬上響應，將控制命令轉換并發送給APB3,也就發送給了UART.當然，這里面所有的數據都是加了相應的通信協議。

如發送數據給網頁時則需要使用netconn_write 函數，首先是網頁數據頭，然后是相應的數據。如果無網絡連接、無網頁請求、請求完成等都是使用net-

conn_close 函數關閉網絡，使用netbuf_delete 函數刪除網絡，然后又去監聽是否有新的網絡存在并連接。

以智能家居數據采集與交互為例，系統軟件設置流程圖如圖6所示，首先是時鐘和外設的初始化，再是以太網相關的初始化，包括MAC和PHY的初始化，IP的獲取方式，設置MAC 地址、IP地址、子網掩碼、網關，設置傳輸的協議等。硬件層、傳輸層設置以后就是應用層，創建WebServer 應用程序。此應用程序也是主應用程序，在FreeRTOS中的優先級是最高的，堆棧大小也是最大的。WebServer任務就是與網頁通信，實現網頁的刷新。任務的調度和切換時通過定時器實現，10 ms為一個時間片，調度函數為vTaskStartScheduler函數實現。

3 結語

本文利用源代碼開放的TCP/IP協議棧LwIP和簡單實用的操作系統FreeRTOS軟件平臺和SmartFusion2的硬件平臺構建了基于SoC的數據采集與交互系統，完成設備數據信息的采集及處理并實現遠程數據交流與共享。通過實際運行測試，系統性能穩定可靠，具有一定推廣使用價值。