１前言 　　

以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)技術(shù),，在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域得到了越來越的應(yīng)用,。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在信息層大都采用以太網(wǎng),，而在控制層和設(shè)備層一般采用不同的現(xiàn)場總線或其他專用網(wǎng)絡(luò)。目前,，隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,，以太網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設(shè)備層?；谝蕴W(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)最典型的應(yīng)用形式是Ｅｔｈｅｒｎｅｔ＋ＩＣＰ／ＩＰ,，它的底層是Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用國際公認的標準ＴＣＰ／ＩＰ．然而大量的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備,，如數(shù)控機床,、機械手等設(shè)備，這些設(shè)備最常用的通訊方式為ＲＳ－２３２／４８５／４２２串行接口,，不具備網(wǎng)絡(luò)接口,，以至無法直接接到以太網(wǎng)。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和集成電路技術(shù)的發(fā)展,，以微控制器／微處理為硬件核心的嵌入式系統(tǒng)得到迅速發(fā)展,，并在無線通訊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。本文選用基于ＡＲＭ９和ａｒｍｌｉｎｕｘ開發(fā)嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口控制器，實現(xiàn)串行口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,，通過這種方式,，可以使傳統(tǒng)串口設(shè)備成為具有網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備，直接接入工業(yè)以太網(wǎng),。

２嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口控制器工作原理 　　

嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口器選用ＤＭ９０００Ｅ芯片作以太網(wǎng)控制器,，來完成與上級以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，采用３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０和嵌入式Ｌｉｎｕｘ進行協(xié)議實現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理,，然后將處理過的數(shù)據(jù)下傳給底層設(shè)備終端,；把從底層終端設(shè)備接收的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理和協(xié)議實現(xiàn),，通過ＤＭ９００Ｅ傳輸?shù)剑桑睿簦澹颍睿澹羯?。工作原理如１所?　　

３　嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口控制器硬件平臺 　　

嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口控制器硬件平臺的整體連接框圖如圖　２　所示,。本文選用基于ＡＲＭ９內(nèi)核ＡＲＭ９ＴＤＭＩ的３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０作為主控芯片,。Ｓ３Ｃ２４１０處理器是Ｓａｍｓｕｎｇ公司基于ＡＲＭ公司的ＡＲＭ９２０Ｔ處理器核，采用０．１８ｕｍ制造工藝的３２位微控制器,。該處理器擁有：獨立的１６ＫＢ指令Ｃａｃｈｅ和１６ＫＢ數(shù)據(jù)Ｃａｃｈｅ,，ＭＭＵ,，支持ＴＦＴ的ＬＣＤ控制器，ＮＡＮＤ閃存控制器,，３路ＵＡＲＴ,，４路ＤＭＡ，４路帶ＰＷＭ的Ｔｉｍｅｒ　,，Ｉ／Ｏ口,，ＲＴＣ，８路１０位ＡＤＣ,，Ｔｏｕｃｈ?。樱悖颍澹澹罱涌冢桑桑茫拢眨印〗涌?，ＩＩＳ－ＢＵＳ　接口,，２個ＵＳＢ主機，１個ＵＳＢ設(shè)備,，ＳＤ主機和ＭＭＣ接口,，２路ＳＰＩ。Ｓ３Ｃ２４１０處理器最高可運行在２０３ＭＨｚ,。本系統(tǒng)的ＦＬＡＳＨ存儲器選ＩＮＴＥＬ公司的２８Ｆ１２８,，ＳＤＲＡＭ芯片選用兩片ＨＹ５７Ｖ５６１６２０構(gòu)成３２位的存儲器系統(tǒng)． 　　以太網(wǎng)控制器芯片選擇ＤＭ９０００，它是完全綜合的,、成本較低的單一快速,，具有通用的處理器接口，１０／１００Ｍ自適應(yīng),，以及４Ｋ雙字節(jié)靜態(tài)存取存儲器,。它被設(shè)計為低功耗、高處理性能,，支持３．３Ｖ到５Ｖ的容差。ＤＭ９０００提供一個ＭＩＩ接口來連接ＨＰＮＡ設(shè)備或者其他支持ＭＩＩ接口的收發(fā)器,，并支持８位,、１６位、３２位的接口來適應(yīng)不同的處理器對內(nèi)部存儲器的訪問,，它支持ＩＥＥＥ８０２．３ｕ規(guī)格,，還支持ＩＥＥＥ　８０２．３ｘ全雙工流控制,。在ＤＭ９０００和ＲＪ４５接口之間需要用漢仁電子有限公司的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器ＨＲ６０１６２７來連接,，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器起信號傳輸、阻抗匹配,、波形修復(fù),、雜波抑制以及高電壓隔離等作用,，以保護系統(tǒng)的安全。

 　　圖１嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口控制器工作原理

圖?。睬度胧骄W(wǎng)絡(luò)接口控制器硬件框 　　

４　嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 　　

本系統(tǒng)的設(shè)計,，網(wǎng)卡驅(qū)動和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議的實現(xiàn)是重點，選擇嵌入式Ｌｉｎｕｘ,，它已經(jīng)嵌入了ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧,，使ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議得以實現(xiàn)。嵌入式Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)支持多種類型的網(wǎng)卡如各種ｌＯＭ／ｌＯＯＭ,，１０００Ｍ　的Ｅｔｈｅｍｅｔ網(wǎng)卡等,。對于　ＤＭ９０００Ｅ以太網(wǎng)控制器,，嵌入式Ｌｉｎｕｘ已經(jīng)提供了很好的支持,，移植過程中只需要修改源代碼和配置相應(yīng)模塊即可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的支持。

５以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn) 　　

本文開發(fā)的接口控制器主要完成兩個功能,，即將串口接收到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡發(fā)送至以太網(wǎng),，將網(wǎng)卡接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至另一串口端。工作模式上可以選擇為服務(wù)器或客戶端模式,，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以選擇為ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?。茫铮睿簦颍铮臁。校颍铮簦铮悖铮?，傳輸控制協(xié)議）方式或ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ?。模幔簦幔纾颍幔怼。校颍铮簦铮悖铮?，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）方式,。其中ＴＣＰ和ＵＤＰ是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的兩種傳輸協(xié)議，ＴＣＰ是基于連接的協(xié)議,，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前,，必須和對方建立可靠的連接，而ＵＤＰ是面向非連接的數(shù)據(jù)直接傳輸協(xié)議,，不需要對方的回答確認,。

５．１應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)編程 　　

由于嵌人式系統(tǒng)程序的開發(fā)和執(zhí)行是在ＰＣ和ＡＲＭ　兩個不同的平臺上進行的，因此需要進行交叉編譯和連接,。用串口和以太網(wǎng)將宿主機和目標板連接起來,，程序開發(fā)在ＲｅｄＨａｔ９．０　Ｌｉｎｕｘ操作系統(tǒng)下編輯,，調(diào)試通過后,，加入自己開發(fā)的程序重新編譯ａｒｍｌｉｎｕｘ內(nèi)核，并將編譯好的二進制文件固化到開發(fā)板的ＲＯＭ中，使其開機后自動運行,。

ＴＣＰ／ＩＰ處理模塊采用ＳＯＣＫＥＴ套接字編程實現(xiàn),。ＳＯＣＫＥＴ最早是在ＵＮＩＸ系統(tǒng)上為ＴＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)通信而開發(fā)的一個接口程序，后來被成功移植到ＤＯＳ,、Ｗｉｎｄｏｗｓ等操作系統(tǒng)上,，成為Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上網(wǎng)絡(luò)開發(fā)最為通用的ＡＰＩ函數(shù)。用于網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的ＳＯＣＫＥＴ主要有Ｓｔｒｅａｍ?。樱铮悖耄澹簦螅鞲袷剑┖停模幔簦幔纾颍幔怼,。樱铮悖耄澹簦螅〝?shù)據(jù)報格式）兩種類型，流格式Ｓｏｃｋｅｔ與ＴＣＰ協(xié)議對應(yīng),，數(shù)據(jù)報格式Ｓｏｃｋｅｔ與ＵＤＰ協(xié)議對應(yīng),。

５．２　軟件設(shè)計 　　

本系統(tǒng)采用工作模式ＴＣＰ　Ｓｅｒｖｅｒ服務(wù)器,，等待客戶端請求連接,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。本程序的流程圖如圖３所示,。首先,，打開串口，在Ｌｉｎｕｘ下打開串口是通過標準的文件打開函數(shù)

　圖３　功能實現(xiàn)流程圖

圖４　以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送

圖５　串口數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡發(fā)送 　　

操作,，程序代碼如下： 　?。椋睿簟。妫?； 　?。妫洌剑铮穑澹睿?ldquo;／ｄｅｖ／ｔｔｙＳ０”，Ｏ＿ＲＤＷＲ）,； 　?。椋妫ǎ妫洌剑剑保。穑澹颍颍铮颍?ldquo;提示錯誤,！”）,；｝ 　　然后設(shè)置串口的波特率、校驗位和停止位,。要用網(wǎng)卡接收發(fā)送數(shù)據(jù),，就要首先創(chuàng)建套接字，程序代碼如下： 　?。椋睿簟。螅铮悖耄撸妫?； 　?。螅铮悖耄撸妫洌剑螅铮悖耄澹簦ǎ粒疲撸桑危牛裕樱希茫耍撸樱裕遥牛粒停希?　?。椋妫ǎ螅铮悖耄撸妫洌剑剑保?　?。穑澹颍颍铮颍?ldquo;ｓｏｃｋｅｔ”）； 　?。澹椋簦ǎ保?；｝ 　　然后設(shè)置屬性，然后等待客戶端的連接,，一旦建立連接,，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和傳送。

數(shù)據(jù)處理在整個程序中是十分關(guān)鍵的一環(huán),，該環(huán)節(jié)中實現(xiàn)的是在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)之間的相互交換,，根據(jù)實際需要也可以將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)或者其他類型接口的數(shù)據(jù)；這里網(wǎng)絡(luò)和串口數(shù)據(jù)交互處理分成兩部分,，一部份是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成串口數(shù)據(jù),，另一部份是串口數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，其流程圖如圖４,、５所示,。為了充分利用系統(tǒng)資源，在數(shù)據(jù)處理程序中調(diào)用ｓｅｌｅｃｔ（）函數(shù),。Ｓｅｌｅｃｔ函數(shù)原型為：ｉｎｔ?。螅澹欤澹悖簦ǎ椋睿簟。睿酰恚妫洌?，ｆｄ＿ｓｅｔ?。颍澹幔洌妫洌螅妫洌撸螅澹簟,。鳎颍椋簦澹螅澹?，ｆｄ＿ｓｅｔ　＊ｅｘｃｅｐｔｓｅｔ,，ｃｏｎｓｔ?。螅簦颍酰悖簟。簦椋恚澹觯幔臁,。簦椋恚澹铮酰簦?； 　　返回：準備好的文件描述符個數(shù)（可以是０），－１表示出錯,。

６結(jié)束語 　　

本文作者創(chuàng)新點：本文采用性價比高的３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０作為主控芯片,，移植了源代碼開放的Ｌｉｎｕｘ，它易于實現(xiàn)了ＴＣＰ／ＩＰ處理模塊,，這樣大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,，并有利于提高了串口數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換速率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，使傳統(tǒng)串口設(shè)備方便接入以太網(wǎng),，為以太網(wǎng)在控制層和設(shè)備層的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),。