uC／OS的嵌入式SMI网络转换器设计与应用 04 系统软件, 数据采集, 转换器, 处理器, 单片机

samwalton

用单片机作为处理器的设计相比，系统运行效率提高。通过将RTL8019AS的65脚JP接高电平以选择跳线工作方式，即RTL8019AS的I／O和中断由跳线决定，不需外扩EEPROM 93C46芯片存储信息来控制RTL8019AS的I／O和中断，减少了连线，提高了高频电路的稳定性。RTL8019AS工作在跳线模式时，其基地址为0X300。由于RTL8019AS工作电源是5V，而LPC2210的I／O电压是3.3V，因此在总线连接上串接470Ω的保护电阻。

系统软件设计与实现
引入RTOS
光纤收发器数据采集要求实时性比较高，若采用传统的前后台设计方法，会过于复杂，且实时性不能保证。采用实时操作系统RTOS可以解决这个问题。μC／OS-II操作系统是一种源代码公升的RTOS，具有代码短小精悍、简单易学的特点，对本设计来说是一个理想的选择。
TCP／IP协议的选择与裁减
为使SMI转换器具有以太网接入功能，必须在arm处理器中嵌入TCP／IP协议。参考开放系统互连(OSI)模型，在ARM中嵌入的TCP／IP协议采用简化的四层模型，即链路层、网络层、传输层、应用层。根据实际需求，结合arm微处理器的处理能力，设计中对完整的TCP／IP协议进行了全方位裁减。链路层由控制同一物理网络上不同机器间数据传送的底层协议组成，RTL8019AS的驱动程序就是在该层实现的；在网络层，对于ARP包只响应ARP请求，取消了RARP，只维护最简单的一个IP地址与MAC地址的映射Cache表，定时刷新；对传输层，考虑到所设计的系统数据传输安全性，设计中选用TCP协议；对应用层，裁剪掉HTTP协议，通过将控制界面设置在上位机上来代替其功能。
通过上述裁剪，就得到一个适用的TCP／IP协议。把裁减后的TCP／IP协议嵌入到操作系统μC／OS-II中，并提供API接口函数供应用程序调用，使得arm可以快速无冲突地收发网络TCP数据包，符合工业测控系统对实时性和可靠性的要求。
关键问题的解决
当SMI串口和以太网进行双向通信时，如果双方的数据传输率处于同步状态，即接收方速率等于发送方速率，系统能够即时地将数据进行转发。但大多数情况下，收发双方的数据传输速率并不一致，相对于以太网来说，串口是一个慢速连接，可能导致丢失数据。因此，在系统中必须定义循环队列作为数据收发的缓冲区。在本系统中，定义了两个1024字节的循环队列作为数据收发的缓冲区，一个是串口接收缓冲区，另一个是以太网接收缓冲区。以太网的接收是通过中断触发的，相对而言，串口和以太网的发送任务优先级较低，接收的数据并不能立即转发出去，而是暂存在循环缓冲区中。如图4所示，Head和Tail分别指向队列的头部和尾部，当Head=Tail时表示队列空，(Head+1)Mod 1024=Tail表示队列己满，空闲缓冲区的大小也可通过Head和Tail指针计算。