串口設備的聯網化基礎上的嵌入式技術應用分析

摘 要：在工業控制領域，單片機系統與互聯網是相互分離的。要想接入互聯網，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展和物聯網技術的發展，串口設備的聯網化已成為必然趨勢。在網絡化的串口設備中增加一個嵌入式的網絡化裝置可以輕松實現串口設備的聯網。本文就嵌入式技術在串口設備聯網中的應用進行分析探討。

關鍵詞：串口設備；聯網；嵌入式

隨著互聯網的快速發展，互聯網已深入到各行各業、千家萬戶中了。互聯網給人們的生產生活帶來了極大的便利，互聯網縮短了人們之間的距離，相隔很遠的人可以利用互聯網實現實時的面對面的交流。隨著人類社會的進步，互聯網與工業控制技術結合，實現工業控制系統的聯網化是工業未來的必然發展趨勢。

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

1 系統的設計思路

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

2 系統的具體設計

我們可以將該系統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處理器是開發硬件的絕佳選擇。

在本系統的硬件設計中，嵌入式網絡化裝置是核心，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。在存儲系統上，采用了一片HY20LV160，它構成了16位的Flash存儲系統，容量為2MB，可以存放用戶的應用程序、嵌入式操作系統和需要保存的數據等。另外，又選用了2片HY20LV160構成了一個32位的SDRAM存儲系統，該系統的存儲空間為16MB，它能存儲嵌入式系統以及用戶的一些數據資料等。

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的連接，也要完成數據包的處理、任務的調度、硬件的設備驅動等任務。隨著嵌入式技術的發展，市場上的嵌入式系統越來越多，如：uC/OS、Linux、uCLinux等。uCLinux嵌入式系統是前幾年出現的一種應用于微控制領域的嵌入式系統，在低端網絡、工業控制、數據采集等領域都有廣泛的應用。本文所采用的嵌入式系統就是uCLinux。通過軟件設計，要能夠有效讀取串口接收到的數據包，然后再根據讀取的結果計算出設備的運行狀態，并將設備與互聯網連接起來，最后就是將網絡數據發送到各個控制器的串口上。嵌入式網絡裝置的軟件設計主要是由人機交互界面設計、數據處理設計、數據包轉發設計和網絡通信設計這幾個部分組成。在網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據放置在一個串口緩沖區中，將PC機通過網絡傳遞過來的數據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）。在這個網絡通信程序中，不同的數據傳輸采用不同的通信協議，可靠性要求高的數據傳輸采用TCP/IP通信協議，而可靠性要求不高的數據傳輸采用UDP通信協議。整個通信程序的數據流如圖2所示：

在這個網絡通信數據流中可以看出，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，進行網絡的操作。緊接著的UDP、TCP處理模塊就是所謂的通信協議模塊，不同的數據通過不同的通信協議進行傳輸。

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