LPC2364在串口转网口专用协议卡的研究

 

　　串口转网口模块是一个可以让串口设备立即具备联网能力的设备联网服务器。它具有1个可选择界面串口和1个TCP/IP网络接口，可让串口设备立即连接网络。从而实现工业设备完全自动化联网管理。该模块体积小，非常容易整合在系统或设备内，而且可以适应复杂的网络。为此，本文给出了采用LPC2364、DP83848C、SP3485和H2019等芯片构成一个串口转网口模块的软硬件实现方法。

　　1 uIP介绍

　　UIP（User Interface Process Application Block）是微软社区开发的众多ApplicationBlock中的其中之一，它是开源的。UIP是一个MVC框架，区别与其它的一些MVC框架是它不仅支持webForm（网页），同样也支持winForm,但如果要从严格的M-V-C三者关系上去看，UIP看来也不能称之MVC模式的实现，UIP多有V-C的关系，没有考虑进Model.UIP单纯从名字上看它只管表示层的流转，应该是微软在Code-behind上对MVC的一个修补，加上Asp.Net的事件驱动开发和WebControl所见及所得的开发模式，如果把Model也考虑在内，那这些特性将受到很大的影响（以后再讲这些影响，这里先略过）。所以简单的说，UIP由MVC中的V-C两部分构成，主要功能就是实现可配置的页面（表单）导航。

　　由于uIP协议栈是专门为嵌入式系统而设计的。因此，uIP还具有如下优越功能：

　　.良好的文档和源代码注释 - 几乎每一行代码都有注释。

　　.代码非常少。

　　.占用非常少的内存， 在编译时候可以设置。

　　.支持ARP, SLIP, IP, UDP, ICMP（ping）和TCP协议。

　　.提供一套实例程序： web服务器， web客户端， 电子邮件发送程序（SMTP客户端）， Telnet服务器， DNS主机名解析程序。

　　.同时活动的TCP链接数没有限制， 在编译时候可以设置。

　　.可用于商业和非商业用途。

　　.TCP和IP协议遵循RFC标准， 包括流控制， 片断分割和重传超时估算。

　　uIP:一种用在8位嵌入式系统中的轻量级的TCP/IP协议栈，仅需很少的ROM和几百B的RAM,很适合嵌入式系统应用。

　　2 FreeRTOS介绍

　　在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统（RTOS）可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。

　　作为一个轻量级的操作系统，FreeRTOS提供的功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等，可基本满足较小系统的需要。FreeRTOS内核支持优先级调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU总是让处于就绪态的、优先级的任务先运行。FreeRT0S内核同时支持轮换调度算法，系统允许不同的任务使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。

　　3 串口转网口模块的硬件实现

　　串口转网口模块使用到的芯片有LPC2364、DP83848C、SP3485和H2019,其系统的硬件电路图如图1所示。

 

　　4 串口转网口模块的软件实现

　　本串口转网口模块的软件需要建立两个任务，一是初始化，二是任务调度。其中初始化包括时钟初始化，协议栈初始化，IP地址初始化，网关地址初始化，子网掩码初始化，网口初始化。串口初始化等。其主函数代码如下：

   

     

　　图2所示是其主函数流程图。主函数中可进行uIP协议栈初始化和串口初始化的并使并设置，同时通过操作系统初始化来建立两个通讯任务，然后就可以开始操作系统的任务调度。图3所示是系统中的串口任务控制流程。

 

               

 

　　5 协议转换卡的通讯试验

　　本文的协议转换卡并不是通用意义上的协议转换卡，而是基于特定串口通讯协议的转换卡。该卡在规定的协议中，由网口接收到的数据可以分为两种，一种是控制命令，一种是查询命令。在软件中，串口任务和网口任务有两个共享的数据缓冲区，通过串口任务可检查缓冲区，如果缓冲区中有数据，则根据通讯协议判断这些数据是否是正确的指令，若是正确的指令，则判断是查询命令还是控制命令，若是控制命令，则将此控制命令发送出去，并清空缓冲区；若是查询命令，网口任务则会到另一个缓冲区中取出数据，并用协议栈将此数据发送出去，同时清空缓冲区。通过用TCP通讯客户端检测工具和串口调试助手调试可以发现，如果TCP通讯客户端发出的是查询命令，则网口任务自动到预定的缓冲区取出数据，并发送出来，同时在TCP通讯客户端上显示出来；如果TCP通讯客户端发出的是控制命令，则等待串口调试助手的返回数据。如果有返回，则在TCP通讯客户端上显示出来；如果串口助手没有返回，软件控制则一直发送控制命令，直到收到正确的回复。

　　6 结束语

　　本文所设计串口转网口的转换卡是具有串口通讯协议的转换卡。协议卡对收到的数据会进行分析和判断，进而决定数据的发送方式，从而实现FreeRTOS操作系统和uIP协议栈的结合。此外，由于FreeRTOS操作系统和uIP协议栈对用户而言是透明的，因此，该模块可以方便地随时修改串口通讯速率、串口通讯格式、IP地址、网关、子网掩码等功能。并充分利用FreeRTOS操作系统的稳定性与可靠性以及实时性好等特点，同时可发挥以太网通讯效率高的特点，来为实施数据转换提供方便。