摘 要：在工業(yè)控制領域，單片機系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)是相互分離的。要想接入互聯(lián)網(wǎng)，必須對通信接口進行較大幅度的改造處理。隨著信息技術的快速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，串口設備的聯(lián)網(wǎng)化已成為必然趨勢。在網(wǎng)絡化的串口設備中增加一個嵌入式的網(wǎng)絡化裝置可以輕松實現(xiàn)串口設備的聯(lián)網(wǎng)。本文就嵌入式技術在串口設備聯(lián)網(wǎng)中的應用進行分析探討。

關鍵詞：串口設備；聯(lián)網(wǎng)；嵌入式

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已深入到各行各業(yè)、千家萬戶中了?；ヂ?lián)網(wǎng)給人們的生產生活帶來了極大的便利，互聯(lián)網(wǎng)縮短了人們之間的距離，相隔很遠的人可以利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)實時的面對面的交流。隨著人類社會的進步，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)控制技術結合，實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)化是工業(yè)未來的必然發(fā)展趨勢。

目前，在工業(yè)控制領域中，單片機系統(tǒng)主要是RS-232、RS-485和CAN總線協(xié)議通信，它們無法與互聯(lián)網(wǎng)直接相連。由于這些系統(tǒng)普遍采用的是8位單片機，只有RS-232異步串行通信接口，要想實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，那么就必須對通信接口進行物理改造、數(shù)據(jù)格式改造和通信協(xié)議的轉化。而人們對串行通信接口的聯(lián)網(wǎng)化要求越來越高，在這種需求形勢下，Zworld公司推出了一種串口設備的聯(lián)網(wǎng)服務器。它將嵌入式技術和互聯(lián)網(wǎng)技術完美的運用到串口設備中，滿足了串口設備聯(lián)網(wǎng)化的需求。它能夠有效實現(xiàn)對設備的遠程控制和數(shù)據(jù)的遠程傳輸，促進了工業(yè)控制技術的發(fā)展。

1 系統(tǒng)的設計思路

如圖1所示為系統(tǒng)的組成結構圖。我們可以看出，該系統(tǒng)由：上位機、嵌入式網(wǎng)絡化裝置和智能儀表所組成。而智能儀表就是串口設備，利用嵌入式網(wǎng)絡化裝置將以太網(wǎng)與串口設備完美連接起來，而上位機則利用網(wǎng)絡對串口設備進行實時的監(jiān)測。由于該系統(tǒng)中的網(wǎng)絡是以太網(wǎng)，于是就可以直接與Internet互聯(lián)，利用遠程主機就可以對系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制和遠程訪問。

2 系統(tǒng)的具體設計

我們可以將該系統(tǒng)的設計分成硬件設計和軟件設計。

2.1 硬件設計

ARM處理器是ACORN計算機有限公司面向低預算市場設計出的第一款RISC微處理器。該處理器是32位設計，同時還配備了16位指令集，它體積小、功耗低、成本低、支持32位和16位的雙指令集，同時還可以兼容2位和16位的器件。實踐證明，ARM處理器是開發(fā)硬件的絕佳選擇。

在本系統(tǒng)的硬件設計中，嵌入式網(wǎng)絡化裝置是核心，該裝置采用32位的高速處理器S3C4510B，該處理器的芯片選擇的是ARM7系列。在存儲系統(tǒng)上，采用了一片HY20LV160，它構成了16位的Flash存儲系統(tǒng)，容量為2MB，可以存放用戶的應用程序、嵌入式操作系統(tǒng)和需要保存的數(shù)據(jù)等。另外，又選用了2片HY20LV160構成了一個32位的SDRAM存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)的存儲空間為16MB，它能存儲嵌入式系統(tǒng)以及用戶的一些數(shù)據(jù)資料等。

同時，增加了一個232-485的電平轉換電路和TL16C554A芯片將S3C4510B芯片的串行通信接口擴充到了4個。

2.2 軟件設計

軟件設計是與硬件設計相配套的。軟件設計既要完成串口設備與以太網(wǎng)的連接，也要完成數(shù)據(jù)包的處理、任務的調度、硬件的設備驅動等任務。隨著嵌入式技術的發(fā)展，市場上的嵌入式系統(tǒng)越來越多，如：uC/OS、Linux、uCLinux等。uCLinux嵌入式系統(tǒng)是前幾年出現(xiàn)的一種應用于微控制領域的嵌入式系統(tǒng)，在低端網(wǎng)絡、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領域都有廣泛的應用。本文所采用的嵌入式系統(tǒng)就是uCLinux。通過軟件設計，要能夠有效讀取串口接收到的數(shù)據(jù)包，然后再根據(jù)讀取的結果計算出設備的運行狀態(tài)，并將設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，最后就是將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)發(fā)送到各個控制器的串口上。嵌入式網(wǎng)絡裝置的軟件設計主要是由人機交互界面設計、數(shù)據(jù)處理設計、數(shù)據(jù)包轉發(fā)設計和網(wǎng)絡通信設計這幾個部分組成。在網(wǎng)絡通信程序的軟件設計上，我們設計了一個串口中斷程序。利用這個中斷程序，將通過串口的電力儀表數(shù)據(jù)放置在一個串口緩沖區(qū)中，將PC機通過網(wǎng)絡傳遞過來的數(shù)據(jù)資料傳輸給智能儀表。這個串口中斷程序的注冊為：request_irq（0，uartirq_handler，UART_INTER-RUPT，“uartirq”，NULL）。在這個網(wǎng)絡通信程序中，不同的數(shù)據(jù)傳輸采用不同的通信協(xié)議，可靠性要求高的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP通信協(xié)議，而可靠性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸采用UDP通信協(xié)議。整個通信程序的數(shù)據(jù)流如圖2所示：

在這個網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)流中可以看出，TCP/IP應用程序處于整個程序的最高層，它調用Socker API的接口函數(shù)，進行網(wǎng)絡的操作。緊接著的UDP、TCP處理模塊就是所謂的通信協(xié)議模塊，不同的數(shù)據(jù)通過不同的通信協(xié)議進行傳輸。

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