基于嵌入式控制器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

　?。?）RS-485串行通信接口。RS-485是為了適應遠距離、分布式控制系統(tǒng)的需要而制定的一種串行通信總線標準。它支持多節(jié)點、遠距離傳輸。RS-485標準采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅動總線。為了擴展終端連接設備的數(shù)量，本設計增加了RS-485接口。DSP與RS-485串口的連接使用MAXIM公司的MAX3140UART通信芯片來完成。

　　3 嵌入式TCP/IP協(xié)議設計

　　3.1總體數(shù)據(jù)流設計

　　嵌入式TCP/IP的總體數(shù)據(jù)流圖如圖4所示。

　　圖4 嵌入式TCP/IP的總體數(shù)據(jù)流圖

　　應用程序通過Socket應用編程接口使用TCP/IP協(xié)議棧提供的數(shù)據(jù)通訊功能[3]。發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果選擇的是面向連接的TCP協(xié)議，則應用程序將用戶數(shù)據(jù)交給TCP協(xié)議模塊處理，TCP模塊將其首部和數(shù)據(jù)封裝成TCP報文段；如果選擇的是無連接的UDP協(xié)議，則將用戶數(shù)據(jù)交給UDP協(xié)議模塊處理，UDP模塊將其首部和數(shù)據(jù)封裝成UDP數(shù)據(jù)報。然后將封裝好的TCP報文段或UDP數(shù)據(jù)報交給IP協(xié)議模塊，IP模塊在TCP報文段或UDP數(shù)據(jù)報上添加IP首部，并封裝成IP數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)路由表為IP數(shù)據(jù)包確定路由;找到了路由則將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網絡接口層，網絡接口層判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是從以太網接口還是從異步串口發(fā)出，如果是從以太網接口發(fā)出，則要利用ARP協(xié)議找到目的IP地址對應的物理地址，然后封裝成以太網幀，由網卡驅動程序將以太網幀發(fā)送出去。

　　3.2 總體數(shù)據(jù)結構

　　TCP通過一個數(shù)據(jù)結構為每個TCP連接協(xié)調發(fā)送、接收和重發(fā)動作，該數(shù)據(jù)結構稱作TCP傳輸控制塊TCB。TCP為每個活躍的連接保留一個TCB，TCB中包含了有關TCP連接的所有信息，包括連接端點的地址和端口號，當前平均往返時間的估計值，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，是否需要確認或重傳，以及一組有關該連接的使用情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以TCB較大，本設計對TCB進行了簡化，只保留了用于控制面向連接的數(shù)據(jù)收發(fā)所必需的基本信息。

　　用于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)收發(fā)控制塊UTCB包含了UDP端結點的所有信息：外部和本地IP地址、外部和本地端口號以及其它控制信息。UTCB的使用及分配與TCB完全一樣，只是因為UDP不需要建立連接，所以只要有數(shù)據(jù)進行發(fā)送，則立即分配UTCB，一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完成，則釋放該UTCB。

　　4 嵌入式控制器軟件設計

　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和編程的需要，將系統(tǒng)軟件的模塊劃分如下部分，共分六個模塊，分別是主控模塊、初始化模塊、協(xié)議封裝模塊、協(xié)議拆包重組模塊、網絡接口模塊和應用層應用模塊。圖5分別是各模塊之間的邏輯關系。

　　圖5軟件系統(tǒng)模塊之間的關系

　?。?）主控模塊設計。主控模塊中通常包含一些變量的定義和函數(shù)的調用。另外一些重要的I/O端口定義也放在主控函數(shù)中。在主控模塊中定義了延時信號函數(shù)、端口設置函數(shù)、同步串口設置函數(shù)、中斷服務函數(shù)等。系統(tǒng)工作時程序從主控模塊的main()函數(shù)開始運行，首先是調用DSP及RTL8019AS的初始化程序，完成初始化之后，主程序以一個無條件循環(huán)進入工作狀態(tài)。

　　（2）初始化模塊設計。系統(tǒng)軟件在運行的時候首先要調用初始化程序，對系統(tǒng)的各資源進行初始化，然后才能正常工作。初始化模塊包括了四個初始化函數(shù)，分別是net_init()、dsp5402_init()、interrupt_init()、nic_atl_init()。

　?。?）協(xié)議封裝模塊設計。協(xié)議封裝部分的作用是將數(shù)據(jù)進行分組，并以不同的協(xié)議打包封裝使其成為符合TCP/IP協(xié)議規(guī)范的分組數(shù)據(jù)。在設計中，對于不同協(xié)議的封裝，分別由不同的函數(shù)實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，監(jiān)控終端系統(tǒng)需要對位于網絡層的IP協(xié)議、位于傳輸層的TCP協(xié)議進行封裝。封裝順序是先傳輸層協(xié)議TCP封裝，后網絡層協(xié)議IP封裝。之后傳入網絡接口模塊發(fā)送出去。

　　（4）協(xié)議拆包重組模塊設計。本模塊的工作過程是這樣的，數(shù)據(jù)從以太網上被接收下來之后，首先會放在網卡芯片的片上內存當中，由DSP即網絡接口模塊將其讀入后進行協(xié)議分解，根據(jù)協(xié)議的內容進行相應處理，如果是UDP封裝的數(shù)據(jù)則將其放入系統(tǒng)的接收緩沖區(qū)當中。由DSP根據(jù)協(xié)議中序列號字段的值對數(shù)據(jù)包進行重新分組排隊，最后將數(shù)據(jù)拆包、合并，形成連續(xù)的數(shù)據(jù)流后，傳送到應用層進行進一步處理。