異步串行接口與以太網(wǎng)服務(wù)器的連接
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關(guān)鍵詞：以太網(wǎng) 串行接口 TINI
很多電子設(shè)備利用串行接口與其它設(shè)備進(jìn)行通信，其中有溫度調(diào)節(jié)器、POS機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)控儀、條碼掃描儀、票據(jù)打印機(jī)、射頻標(biāo)簽收發(fā)器、血壓計(jì)及其它現(xiàn)場(chǎng)使用的測(cè)試設(shè)備和新型自動(dòng)化設(shè)備。大多數(shù)設(shè)備與外部的通信是通過(guò)串口進(jìn)行的，不能直接連接到大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法滿足TCP/IP連接和以太網(wǎng)通信的需求。由于成本和時(shí)間問(wèn)題，很少有人選擇對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)備的途徑。利用本文介紹的基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平臺(tái)，可以將孤立的串行設(shè)備連接到以太網(wǎng)。
1 TINI和網(wǎng)絡(luò)
TINI（微網(wǎng)接口）是Dallas Semiconductor開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)平臺(tái)，目的是協(xié)助用戶快速整合DS80C390/DS80C400網(wǎng)絡(luò)微控制器的研發(fā)，TINI定義了一個(gè)芯片組，包含一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，其中整合了經(jīng)過(guò)高度優(yōu)化的Java運(yùn)行環(huán)境。Java編程者可從其中獲得一般的嵌入式開(kāi)發(fā)中不多見(jiàn)的強(qiáng)大功能：多線程、無(wú)和單元收集、繼承性、虛擬化、跨平臺(tái)能力 、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，以及—最后但很重要—大量免費(fèi)的開(kāi)發(fā)工具。TINI使用乾通常不直接面對(duì)匯編代碼。不過(guò)，為了優(yōu)化嚴(yán)格要求速度的通道或者訪問(wèn)底層硬件，同時(shí)也支持并鼓勵(lì)本地語(yǔ)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(méi)有明顯差異）。除完全支持java.net包外，TINI Java運(yùn)行環(huán)境還包含一個(gè)完整實(shí)現(xiàn)的javax.com子系統(tǒng)。通過(guò)Java可毫不費(fèi)力地訪問(wèn)TCP/IP和串行口，因此，TINI系統(tǒng)可非常容易地用來(lái)實(shí)現(xiàn)串行口-以太網(wǎng)橋。
下面的例子中，TINIm390驗(yàn)證模塊（放置在E10插槽）是DS80C390 TINI開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件部分（TINIm400是配合DS80C400制作的）。除了SRAM、Flash、以太網(wǎng)、CAN總線、1-Wire等，系統(tǒng)還有四個(gè)串口，其中DS80C390內(nèi)部包括兩個(gè)UART，另外兩個(gè)是擴(kuò)充的（采用一片16550選配件）。需要注意的是，E10插座上的兩個(gè)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(xì)資料請(qǐng)參閱《TINI特性和開(kāi)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(yīng)用，并從一個(gè)普通的串行口-以太網(wǎng)程序中摘錄片段出來(lái)。經(jīng)過(guò)修改，它幾乎可適應(yīng)于各種應(yīng)用。這些范例利用TINIm390/400驗(yàn)證模塊搭建而成，如圖1所示。
可以把TINI驗(yàn)證模塊看成“黑盒子”，將多個(gè)串行設(shè)備掛接到以太網(wǎng)。根據(jù)最終設(shè)備的需要，TINI可以讓數(shù)據(jù)流直通，也以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、翻譯或修改。盡管設(shè)計(jì)人員可以在TINIm390/400的開(kāi)發(fā)器外殼上運(yùn)行這些范例，但更合理的做法將其駐留于內(nèi)存之中，掉電之后還能夠自啟動(dòng)，并利用其它一些TINI構(gòu)造技術(shù)使最終產(chǎn)品更加牢靠。如果想修改這些范例，需要具備一些基本的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和編程經(jīng)驗(yàn)。樣例工作代碼也可以Dallas公司ftp站點(diǎn)（ftp://dalsemi.com）下載。
（1）虛擬調(diào)制解調(diào)器
虛擬調(diào)制解調(diào)器（Modem）利用TINIm390/400和TCP/IP連接，替代特殊調(diào)制器和電話線。假定有一個(gè)舊設(shè)備，比如某工廠的“機(jī)器狀態(tài)監(jiān)視器”，它利用一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，一天之內(nèi)數(shù)次撥號(hào)到一個(gè)中央服務(wù)器，報(bào)告機(jī)器的狀態(tài)、負(fù)載和效率數(shù)據(jù)。為了削減服務(wù)器端日益增長(zhǎng)的調(diào)制解調(diào)器庫(kù)，并利用現(xiàn)有的LAN取代連接到設(shè)備的電話線，我們可以重寫服務(wù)器軟件以支持TCP/IP，并且用TINI虛擬調(diào)制解調(diào)器取代每個(gè)機(jī)器上原有的調(diào)制解調(diào)器。這樣，機(jī)器狀態(tài)監(jiān)視器就不必再作任何修改，對(duì)于最終設(shè)備而言，虛擬調(diào)制解調(diào)器的使用和一個(gè)真正的調(diào)制解調(diào)器完全一樣。
除了上述配置，虛擬調(diào)制解調(diào)器當(dāng)然也可以成對(duì)使用。如果雙方都使用虛擬調(diào)制解調(diào)器，就無(wú)須對(duì)服務(wù)器軟件作任何改動(dòng)，TINI模塊可直接替換現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器。在此情況之下，虛擬調(diào)制解調(diào)器每次接到“AID”調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)命令時(shí)，實(shí)際建立的是TCP連接?！癆TH”斷開(kāi)命令關(guān)閉TCP連接。軟件也實(shí)現(xiàn)一系列其它的經(jīng)典AT調(diào)制解調(diào)器命令，并被諸如Microsoft Windows之類的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)認(rèn)作真調(diào)制解調(diào)器，此外，虛擬調(diào)制解調(diào)器還可以偵聽(tīng)TCP端口，當(dāng)收到“呼叫”信號(hào)時(shí)，向終端設(shè)備發(fā)出“振鈴”。
下面的代碼片段顯示了如何對(duì)TINIm390上的串行口進(jìn)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(lái)自TINI OS的調(diào)試輸出——TINI上的標(biāo)準(zhǔn)慣例。獲得一個(gè)端口號(hào)后，打開(kāi)這個(gè)端口（如果端口正在被另一個(gè)應(yīng)用使用，第二個(gè)參數(shù)指明等待多久），接下來(lái)，設(shè)置硬件流控制狀態(tài)。由于TINIm390僅有一套R(shí)TS/CTS線用于串口0和1，在目標(biāo)端口使用它們之前，程序首先應(yīng)該關(guān)掉其它端口上的流控制，下面，就是一個(gè)Java虛擬調(diào)制解調(diào)器范例。
虛擬調(diào)制解調(diào)器類似包含一個(gè)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(wǎng)絡(luò)代碼。下面的代碼用來(lái)設(shè)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(jiǎn)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(gè)到來(lái)的連接請(qǐng)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(gè)實(shí)例是將TINIm390/400連接到一個(gè)不間斷電源的串口。軟件要用網(wǎng)絡(luò)UPS工具協(xié)議，允許多個(gè)客戶端在多種平臺(tái)上檢測(cè)UPS的狀態(tài)。該項(xiàng)目源于需要由一臺(tái)沒(méi)有串口的新Macintosh計(jì)算機(jī)監(jiān)視現(xiàn)有的UPS電源的需求。目前存在兩種基本的UPS設(shè)備，即所謂的智能型和簡(jiǎn)單型（或“啞巴型”）。簡(jiǎn)單的UPS在多個(gè)串行引腳上指示其工作狀態(tài)，它實(shí)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
| 信 號(hào) | 意 義 |
| RTS（來(lái)自 UPS） | 電池低 |
| TD（來(lái)自 UPS） | 使用電池 |
| CTS（去 UPS） | 關(guān)閉UPS電源 |
具體實(shí)現(xiàn)部分見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。
3 結(jié)論
很多現(xiàn)有設(shè)備僅支持異步串行通信，然而，當(dāng)前的許多應(yīng)用要求以太網(wǎng)和TCP/IP組網(wǎng)能力。利用強(qiáng)大的Java運(yùn)行環(huán)境和基于DS80C390和DS80C400微控制器的TINI技術(shù)，很容易在極短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出一個(gè)串行口-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器。
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