摘要：給出了采用LPC2364" title="LPC2364">LPC2364芯片為處理器，并利用以太網(wǎng)中TCP協(xié)議來設計串口轉網(wǎng)" title="串口轉網(wǎng)">串口轉網(wǎng)口模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式轉換的一種設計方法。該方法中的軟件采用FreerRtos實時多任務嵌入式系統(tǒng)和uIP協(xié)議棧來實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通訊和網(wǎng)口數(shù)據(jù)通訊兩項任務。文中同時給出了系統(tǒng)框圖和主程序流程圖。
關鍵詞：TCP／IP協(xié)議；LPC2364；uIP；FreeRTOS" title="FreeRTOS">FreeRTOS；串口轉網(wǎng)口
O 引言
串口轉網(wǎng)口模塊是一個可以讓串口設備立即具備聯(lián)網(wǎng)能力的設備聯(lián)網(wǎng)服務器。它具有1個可選擇界面串口和1個TCP／IP網(wǎng)絡接口，可讓串口設備立即連接網(wǎng)絡。從而實現(xiàn)工業(yè)設備完全自動化聯(lián)網(wǎng)管理。該模塊體積小，非常容易整合在系統(tǒng)或設備內(nèi)，而且可以適應復雜的網(wǎng)絡。為此，本文給出了采用LPC2364、DP83848C、SP3485和H2019等芯片構成一個串口轉網(wǎng)口模塊的軟硬件實現(xiàn)方法。
1 uIP介紹
uIP是由瑞典計算機科學學院(網(wǎng)絡嵌入式系統(tǒng)小組)的Adam Dunkels開發(fā)的一種軟件協(xié)議棧。該協(xié)議棧的源代碼由C語言編寫，并完全公開。uIP協(xié)議棧去掉了完整的TCP／IP中不常用的功能，簡化了通訊流程，但保留了網(wǎng)絡通信必須使用的協(xié)議。它把設計重點放在了IP／TCP ／ICMP／UDP／ARP這些網(wǎng)絡層和傳輸層協(xié)議上，故可保證其代碼的通用性和結構的穩(wěn)定性。
由于uIP協(xié)議棧是專門為嵌入式系統(tǒng)而設計的。因此，uIP還具有如下優(yōu)越功能：
◇代碼非常少，其協(xié)議棧代碼不到6K，很方便閱讀和移植。
◇占用的內(nèi)存數(shù)非常少，RAM占用僅幾百字節(jié)。
◇其硬件處理層、協(xié)議棧層和應用層共用一個全局緩存區(qū)，且不存在數(shù)據(jù)的拷貝，發(fā)送和接收都是依靠這個緩存區(qū)，故可極大地節(jié)省空間和時間。
◇支持多個主動連接和被動連接并發(fā)。
◇源代碼中提供的實例程序包括web服務器、web客戶端、電子郵件發(fā)送程序(SMTP客戶端)、Telnet服務器、DNS主機名解析程序等。而且通用性強，移植后基本不用修改就可以通過。
◇對數(shù)據(jù)的處理采用輪循機制，不需要操作系統(tǒng)的支持。
由于uIP對資源的需求較少且移植很容易，因此，大部分具有小RAM的微控制器都可以使用uIP協(xié)議棧。
2 FreeRTOS介紹
FreeRTOS是一款可移植且源代碼開放的微型實時內(nèi)核。可為多種不同的處理器架構和開發(fā)工具提供移植包。每個官方移植包都包含一個配置好的應用范例，可用來展示內(nèi)核特性，加快學習進程。
FreeRTOS是一種專為小型嵌入式系統(tǒng)設計的，可擴展的實時內(nèi)核。其亮點在于其設計遵循小型、簡單、易用的原則，同時可支持任務(tasks)和協(xié)程(co-routines)以及隊列、二進制信號量、計數(shù)信號量、遞歸信號量和互斥量等，可用于任務之間、任務和中斷之間的通信和同步。
3 串口轉網(wǎng)口模塊的硬件實現(xiàn)
串口轉網(wǎng)口模塊使用到的芯片有LPC2364、DP83848C、SP3485和H2019，其系統(tǒng)的硬件電路圖如圖1所示。
4 串口轉網(wǎng)口模塊的軟件實現(xiàn)
本串口轉網(wǎng)口模塊的軟件需要建立兩個任務，一是初始化，二是任務調(diào)度。其中初始化包括時鐘初始化，協(xié)議棧初始化，IP地址初始化，網(wǎng)關地址初始化，子網(wǎng)掩碼初始化，網(wǎng)口初始化。串口初始化等。其主函數(shù)代碼如下：
圖2所示是其主函數(shù)流程圖。主函數(shù)中可進行uIP協(xié)議棧初始化和串口初始化的并使并設置，同時通過操作系統(tǒng)初始化來建立兩個通訊任務，然后就可以開始操作系統(tǒng)的任務調(diào)度。圖3所示是系統(tǒng)中的串口任務控制流程。
5 協(xié)議轉換卡的通訊試驗
本文的協(xié)議轉換卡并不是通用意義上的協(xié)議轉換卡，而是基于特定串口通訊協(xié)議的轉換卡。該卡在規(guī)定的協(xié)議中，由網(wǎng)口接收到的數(shù)據(jù)可以分為兩種，一種是控制命令，一種是查詢命令。在軟件中，串口任務和網(wǎng)口任務有兩個共享的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通過串口任務可檢查緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，則根據(jù)通訊協(xié)議判斷這些數(shù)據(jù)是否是正確的指令，若是正確的指令，則判斷是查詢命令還是控制命令，若是控制命令，則將此控制命令發(fā)送出去，并清空緩沖區(qū)；若是查詢命令，網(wǎng)口任務則會到另一個緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)，并用協(xié)議棧將此數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時清空緩沖區(qū)。通過用TCP通訊客戶端檢測工具和串口調(diào)試助手調(diào)試可以發(fā)現(xiàn)，如果TCP通訊客戶端發(fā)出的是查詢命令，則網(wǎng)口任務自動到預定的緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)，并發(fā)送出來，同時在TCP通訊客戶端上顯示出來；如果TCP通訊客戶端發(fā)出的是控制命令，則等待串口調(diào)試助手的返回數(shù)據(jù)。如果有返回，則在TCP通訊客戶端上顯示出來；如果串口助手沒有返回，軟件控制則一直發(fā)送控制命令，直到收到正確的回復。
6 結束語
本文所設計串口轉網(wǎng)口的轉換卡是具有串口通訊協(xié)議的轉換卡。協(xié)議卡對收到的數(shù)據(jù)會進行分析和判斷，進而決定數(shù)據(jù)的發(fā)送方式，從而實現(xiàn)FreeRTOS操作系統(tǒng)和uIP協(xié)議棧的結合。此外，由于FreeRTOS操作系統(tǒng)和uIP協(xié)議棧對用戶而言是透明的，因此，該模塊可以方便地隨時修改串口通訊速率、串口通訊格式、IP地址、網(wǎng)關、子網(wǎng)掩碼等功能．并充分利用FreeRTOS操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性以及實時性好等特點，同時可發(fā)揮以太網(wǎng)通訊效率高的特點，來為實施數(shù)據(jù)轉換提供方便。