LPC2364在串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口專用協(xié)議卡的研究

串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊是一個可以讓串口設(shè)備立即具備聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。它具有1個可選擇界面串口和1個TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，可讓串口設(shè)備立即連接網(wǎng)絡(luò)。從而實現(xiàn)工業(yè)設(shè)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(shè)備內(nèi)，而且可以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。為此，本文給出了采用LPC2364、DP83848C、SP3485和H2019等芯片構(gòu)成一個串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊的軟硬件實現(xiàn)方法。

1 uIP介紹

UIP（User Interface Process Application Block）是微軟社區(qū)開發(fā)的眾多ApplicationBlock中的其中之一，它是開源的。UIP是一個MVC框架，區(qū)別與其它的一些MVC框架是它不僅支持webForm（網(wǎng)頁），同樣也支持winForm,但如果要從嚴(yán)格的M-V-C三者關(guān)系上去看，UIP看來也不能稱之MVC模式的實現(xiàn)，UIP最多有V-C的關(guān)系，沒有考慮進Model.UIP單純從名字上看它只管表示層的流轉(zhuǎn)，應(yīng)該是微軟在Code-behind上對MVC的一個修補，加上Asp.Net的事件驅(qū)動開發(fā)和WebControl所見及所得的開發(fā)模式，如果把Model也考慮在內(nèi)，那這些特性將受到很大的影響（以后再講這些影響，這里先略過）。所以簡單的說，UIP由MVC中的V-C兩部分構(gòu)成，主要功能就是實現(xiàn)可配置的頁面（表單）導(dǎo)航。

由于uIP協(xié)議棧是專門為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。因此，uIP還具有如下優(yōu)越功能：

.良好的文檔和源代碼注釋 - 幾乎每一行代碼都有注釋。

.代碼非常少。

.占用非常少的內(nèi)存， 在編譯時候可以設(shè)置。

.支持ARP, SLIP, IP, UDP, ICMP（ping）和TCP協(xié)議。

.提供一套實例程序： web服務(wù)器， web客戶端， 電子郵件發(fā)送程序（SMTP客戶端）， Telnet服務(wù)器， DNS主機名解析程序。

.同時活動的TCP鏈接數(shù)沒有限制， 在編譯時候可以設(shè)置。

.可免費用于商業(yè)和非商業(yè)用途。

.TCP和IP協(xié)議遵循RFC標(biāo)準(zhǔn)， 包括流控制， 片斷分割和重傳超時估算。

uIP:一種用在8位嵌入式系統(tǒng)中的輕量級的TCP/IP協(xié)議棧，僅需很少的ROM和幾百B的RAM,很適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

2 FreeRTOS介紹

在嵌入式領(lǐng)域中，嵌入式實時操作系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）可以更合理、更有效地利用CPU的資源，簡化應(yīng)用軟件的設(shè)計，縮短系統(tǒng)開發(fā)時間，更好地保證系統(tǒng)的實時性和可靠性。

作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級調(diào)度算法，每個任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。FreeRT0S內(nèi)核同時支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級，在沒有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級的任務(wù)共享CPU的使用時間。

3 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊的硬件實現(xiàn)

串口轉(zhuǎn)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(zhuǎn)網(wǎng)口模塊的軟件實現(xiàn)

本串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊的軟件需要建立兩個任務(wù)，一是初始化，二是任務(wù)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(guān)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(shè)置，同時通過操作系統(tǒng)初始化來建立兩個通訊任務(wù)，然后就可以開始操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度。圖3所示是系統(tǒng)中的串口任務(wù)控制流程。

5 協(xié)議轉(zhuǎn)換卡的通訊試驗

本文的協(xié)議轉(zhuǎn)換卡并不是通用意義上的協(xié)議轉(zhuǎn)換卡，而是基于特定串口通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)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(wù)和網(wǎng)口任務(wù)有兩個共享的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通過串口任務(wù)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(wù)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(wù)自動到預(yù)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(fù)。

6 結(jié)束語

本文所設(shè)計串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的轉(zhuǎn)換卡是具有串口通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)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(jié)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(guān)、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(zhuǎn)換提供方便。