基于嵌入式控制器的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

　　（4）RS-485串行通信接口。RS-485是為了適應(yīng)遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)。它支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離傳輸。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線。為了擴(kuò)展終端連接設(shè)備的數(shù)量，本設(shè)計(jì)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(lái)完成。

　　3 嵌入式TCP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)

　　3.1總體數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

　　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(yīng)用程序通過(guò)Socket應(yīng)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(shí)，如果選擇的是面向連接的TCP協(xié)議，則應(yīng)用程序?qū)⒂脩魯?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(bào)文段；如果選擇的是無(wú)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(bào)。然后將封裝好的TCP報(bào)文段或UDP數(shù)據(jù)報(bào)交給IP協(xié)議模塊，IP模塊在TCP報(bào)文段或UDP數(shù)據(jù)報(bào)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(wǎng)絡(luò)接口層，網(wǎng)絡(luò)接口層判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是從以太網(wǎng)接口還是從異步串口發(fā)出，如果是從以太網(wǎng)接口發(fā)出，則要利用ARP協(xié)議找到目的IP地址對(duì)應(yīng)的物理地址，然后封裝成以太網(wǎng)幀，由網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁蕴W(wǎng)幀發(fā)送出去。

　　3.2 總體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　TCP通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為每個(gè)TCP連接協(xié)調(diào)發(fā)送、接收和重發(fā)動(dòng)作，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱(chēng)作TCP傳輸控制塊TCB。TCP為每個(gè)活躍的連接保留一個(gè)TCB，TCB中包含了有關(guān)TCP連接的所有信息，包括連接端點(diǎn)的地址和端口號(hào)，當(dāng)前平均往返時(shí)間的估計(jì)值，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，是否需要確認(rèn)或重傳，以及一組有關(guān)該連接的使用情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以TCB較大，本設(shè)計(jì)對(duì)TCB進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jié)點(diǎn)的所有信息：外部和本地IP地址、外部和本地端口號(hào)以及其它控制信息。UTCB的使用及分配與TCB完全一樣，只是因?yàn)閁DP不需要建立連接，所以只要有數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)

　　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(gè)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(wǎng)絡(luò)接口模塊和應(yīng)用層應(yīng)用模塊。圖5分別是各模塊之間的邏輯關(guān)系。

　　圖5軟件系統(tǒng)模塊之間的關(guān)系

　?。?）主控模塊設(shè)計(jì)。主控模塊中通常包含一些變量的定義和函數(shù)的調(diào)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(shí)信號(hào)函數(shù)、端口設(shè)置函數(shù)、同步串口設(shè)置函數(shù)、中斷服務(wù)函數(shù)等。系統(tǒng)工作時(shí)程序從主控模塊的main()函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行，首先是調(diào)用DSP及RTL8019AS的初始化程序，完成初始化之后，主程序以一個(gè)無(wú)條件循環(huán)進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　（2）初始化模塊設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件在運(yùn)行的時(shí)候首先要調(diào)用初始化程序，對(duì)系統(tǒng)的各資源進(jìn)行初始化，然后才能正常工作。初始化模塊包括了四個(gè)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(shè)計(jì)。協(xié)議封裝部分的作用是將數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)中，對(duì)于不同協(xié)議的封裝，分別由不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，監(jiān)控終端系統(tǒng)需要對(duì)位于網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議、位于傳輸層的TCP協(xié)議進(jìn)行封裝。封裝順序是先傳輸層協(xié)議TCP封裝，后網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP封裝。之后傳入網(wǎng)絡(luò)接口模塊發(fā)送出去。

　?。?）協(xié)議拆包重組模塊設(shè)計(jì)。本模塊的工作過(guò)程是這樣的，數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)上被接收下來(lái)之后，首先會(huì)放在網(wǎng)卡芯片的片上內(nèi)存當(dāng)中，由DSP即網(wǎng)絡(luò)接口模塊將其讀入后進(jìn)行協(xié)議分解，根據(jù)協(xié)議的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)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(dāng)中。由DSP根據(jù)協(xié)議中序列號(hào)字段的值對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新分組排隊(duì)，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(yīng)用層進(jìn)行進(jìn)一步處理。