基于ARM微處理器及嵌入試Linux的串口網橋軟硬件設計

l、引言 在電力系統(tǒng)自動化控制及其他工業(yè)控制、民用設備如商場銷售系統(tǒng)等領域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。串口由于其易用性、可靠性及相對于工控設備來說足夠高的通信能力而長盛不衰。然而，串口有一個重大弱點就是傳輸距離短且無法與網絡直接相連，造成設備無法實現遠程控制及數據共享，而這些恰恰是實現工業(yè)控制高度自動化的必須條件。因此，要求設計一種使串口設備快捷方便地實現聯(lián)網功能的裝置，而且要求其成本低廉，我們稱之為串口網橋或串口設備聯(lián)網服務器。 2、串口網橋簡介 我們設計的串口網橋是一個可以為rs-232串口設備提供聯(lián)網能力的設備聯(lián)網服務器。裝置主要完成主機與串口設備間交流數據的過濾與轉發(fā)功能，將rs-232信號轉換成tcp／ip協(xié)議，使設備數據可以在i n t e r n e t或 intranet上流通、共享。牢門網橋具體功能描述如下： ● (遠程、本地)主機可以如操作本機串口一樣通過tcp／1p網絡對串口設備進行遠程數據讀取，資料處理和數據多點傳輸，即串口設備原有的主機方應用程序不需任何修改即可重新利用； ●支持主機以web方式及telnet方式登錄修改配置； ●可在網橋裝置上直接設置ip地址； ●自動檢測10／100mbps ethernet網絡； ●可同時操作8個串口設備。串口網橋裝置廣泛應用于工業(yè)設備聯(lián)網自動化、門禁考勤管理、商場銷售系統(tǒng)聯(lián)網自動化、遠程影像傳輸等眾多領域，它的典型應用如圖1所示： 3、系統(tǒng)硬件結構 串口網橋的硬件結構原理圖如圖2所示： 各主要模塊基本組成描述如下： ●每微處理器mcu：采用samisung公司生產的arm7tdmi內核s3c4510b處理器； ● 1 0／100m以太網接口：用一片rtl8201與s3c4510b片內的mac控制器一起組成以太網接口電路，并通過網絡隔離變壓器與rj45以太網口相連； ●flash存儲器：采用一片39vfl60
flash存儲器，大小為2m字節(jié)，用于存
放已調試好的用戶應用程序、嵌入式
操作系統(tǒng)以及其他在系統(tǒng)掉電后需要
保存的用戶數據等； ● s d r a m存儲器：用兩片hy57v641620hg并聯(lián)構建32位的sdram存儲器系統(tǒng)，共16m字節(jié)，可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對較復雜的算法的運行要求； ●jtag接口：可對芯片內部的所有部件進行訪問，通過該接口可對系統(tǒng)進行調試、編程等； ●多串口擴展：用兩片stl6c554擴展出八個串口，以同時連接多臺串口設備。 下面分別對裝置硬件結構中的主要模塊功能進行簡要分析。 3．1arm微處理器s3c4510b 串口網橋的系統(tǒng)核心是一顆韓國三星電子生產的s3c45l0b-16／32位ri 5c(精簡指令集計算機)微控制器。該微控制器專為以太網通信系統(tǒng)的集線器和路由器而設計，具有低成本和高性能的特點。 s3c45l0b中內置了arm公司設計的16/32位arm7tdmi處理器，提供了8k字節(jié)的cache(高速緩存)和以太控制器，內置2通道的hdlc(高級數據鏈路控制)，2個uart(通用異步收發(fā))通道，內置32位定時器和18個通用可編程i／o端口。s3c4510b內部采用32位系統(tǒng)總線，有i2c接口，還集成了中斷控制器、dram／sdram控制器、rom／sram和閃存控制器。以上功能特點均集成在此單芯片中，可大大減少系統(tǒng)成本。 軟件方面，s3c45l 0b因內置arsm7tdmi核，可以執(zhí)行32位的arm指令，也可執(zhí)行16位的thumb指令。 s3c4510b采用3．3v電壓供電，208腳的qfp封裝，操作頻率最高達50mhz。 3．2 10/100m以太網接口電路 s3c4510b內嵌了一個以太網控制器，支持媒體獨立接口(media independent interface，uii)和帶緩沖dma接口(buffered dma interface，bdi)，可在半雙工或全雙工模式下提供10／100mbps的以太網接入。在半雙工模式下，控制器支持csma／cd協(xié)議，在全雙工模式下支持ieee802．3 mac控制層協(xié)議。 但s3c4510b并未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片以提供以太網的接入通道。常用的單口10／l00mbps高速以太網物理層接口器件主要有rtl8201，dm9161等，均提供mii接口和傳統(tǒng)7線制網絡接口，可方便地與s3c4510b相連。串口網橋的設計中使用rtl8201作為以太網的物理層接口。 3．3 flash存儲器接口電路 flash存儲器具有低功耗、大容量、擦寫速度快．可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程(燒寫)、擦除等特點，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應