基于ARM微處理器及嵌入試Linux的串口網(wǎng)橋軟硬件設(shè)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(shè)備如商場銷售系統(tǒng)等領(lǐng)域，眾多設(shè)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(shè)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(diǎn)就是傳輸距離短且無法與網(wǎng)絡(luò)直接相連，造成設(shè)備無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)共享，而這些恰恰是實現(xiàn)工業(yè)控制高度自動化的必須條件。因此，要求設(shè)計一種使串口設(shè)備快捷方便地實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能的裝置，而且要求其成本低廉，我們稱之為串口網(wǎng)橋或串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。 2、串口網(wǎng)橋簡介 我們設(shè)計的串口網(wǎng)橋是一個可以為rs-232串口設(shè)備提供聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。裝置主要完成主機(jī)與串口設(shè)備間交流數(shù)據(jù)的過濾與轉(zhuǎn)發(fā)功能，將rs-232信號轉(zhuǎn)換成tcp／ip協(xié)議，使設(shè)備數(shù)據(jù)可以在i n t e r n e t或 intranet上流通、共享。牢門網(wǎng)橋具體功能描述如下： ● (遠(yuǎn)程、本地)主機(jī)可以如操作本機(jī)串口一樣通過tcp／1p網(wǎng)絡(luò)對串口設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取，資料處理和數(shù)據(jù)多點(diǎn)傳輸，即串口設(shè)備原有的主機(jī)方應(yīng)用程序不需任何修改即可重新利用； ●支持主機(jī)以web方式及telnet方式登錄修改配置； ●可在網(wǎng)橋裝置上直接設(shè)置ip地址； ●自動檢測10／100mbps ethernet網(wǎng)絡(luò)； ●可同時操作8個串口設(shè)備。串口網(wǎng)橋裝置廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)自動化、門禁考勤管理、商場銷售系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)自動化、遠(yuǎn)程影像傳輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域，它的典型應(yīng)用如圖1所示： 3、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 串口網(wǎng)橋的硬件結(jié)構(gòu)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(chǎn)的arm7tdmi內(nèi)核s3c4510b處理器； ● 1 0／100m以太網(wǎng)接口：用一片rtl8201與s3c4510b片內(nèi)的mac控制器一起組成以太網(wǎng)接口電路，并通過網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與rj45以太網(wǎng)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(diào)試好的用戶應(yīng)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(shù)據(jù)等； ● s d r a m存儲器：用兩片hy57v641620hg并聯(lián)構(gòu)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(fù)雜的算法的運(yùn)行要求； ●jtag接口：可對芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，通過該接口可對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、編程等； ●多串口擴(kuò)展：用兩片stl6c554擴(kuò)展出八個串口，以同時連接多臺串口設(shè)備。 下面分別對裝置硬件結(jié)構(gòu)中的主要模塊功能進(jìn)行簡要分析。 3．1arm微處理器s3c4510b 串口網(wǎng)橋的系統(tǒng)核心是一顆韓國三星電子生產(chǎn)的s3c45l0b-16／32位ri 5c(精簡指令集計算機(jī))微控制器。該微控制器專為以太網(wǎng)通信系統(tǒng)的集線器和路由器而設(shè)計，具有低成本和高性能的特點(diǎn)。 s3c45l0b中內(nèi)置了arm公司設(shè)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(nèi)置2通道的hdlc(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)，2個uart(通用異步收發(fā))通道，內(nèi)置32位定時器和18個通用可編程i／o端口。s3c4510b內(nèi)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(diǎn)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(nèi)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(dá)50mhz。 3．2 10/100m以太網(wǎng)接口電路 s3c4510b內(nèi)嵌了一個以太網(wǎng)控制器，支持媒體獨(dú)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(wǎng)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(wǎng)的接入通道。常用的單口10／l00mbps高速以太網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)接口，可方便地與s3c4510b相連。串口網(wǎng)橋的設(shè)計中使用rtl8201作為以太網(wǎng)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(diǎn)，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)