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标题: 基于ARM7的串口服务器的实现 [打印本页]

作者: yuyang911220 时间: 2015-11-25 20:24 标题: 基于ARM7的串口服务器的实现

　　摘　要：文中提出了一种低成本、高性能的嵌入式串口服务器的硬软件设计方案。该服务器以ARM7芯片LPC2210为核心控制器，采用RTL8019以太网控制器处理网络数据， TL16C554异步通信组件处理串口数据。对轻便TCP/ IP协议栈LW IP在μC/OS - Ⅱ实时操作系统中进行了移植，并对16路串行通道设计了实时多任务方案，使串口服务器能够以TCP/UDP模式在网口和串口端进行双向232 /485通信。实验证明本服务器能使传输数据实时，准确。
　　通过扩展多串口，可以在PC端远程监控、管理各种外设，或对外设进行系统升级。通常串口服务器采用ARM9 微处理器和带TCP / IP协议栈的付费操作系统，而文中提出的串口服务器是通过移植LW IP协议栈到代码开源的μC /OS - Ⅱ中实现，这样不但降低成本，而且代码的编写更加透明、灵活。
　　1　硬件系统的设计
　　本串口服务器采用Philip s的ARM7 系列芯片LPC2210，网络控制芯片采用RTL8019, 串口采用TL16C554芯片扩展。为得到更广泛的应用，串口端还扩展485 接口，通过跳线选择232 /485 方式。系统结构框图，如图1所示。

　　图1　系统结构框图
　　2　软件系统的实现
　　串口服务器软件系统包括两部分： TCP / IP协议栈的移植和实时多任务应用程序。μC /OS - Ⅱ在LPC系列ARM中的移植采用周立功公司的方案。
　　2.1　TCP / IP协议栈的移植
　　LW IP是瑞士人Adma Dumkels等开发的源代码开放的精简TCP / IP 协议栈。目的是在于保证TCP协议完整的情况下减少系统资源的需求，适合于资源较少的嵌入式系统应用。移植LW IP协议栈主要有两部分代码： (1)编写操作系统模拟层相关代码; (2) LW IP接口初始设置及网卡驱动。
　　2.1.1　操作系统模拟层相关代码
　　操作系统模拟层存在的目的主要是在μC /OS - Ⅱ和LW IP之间提供一座桥梁，使LW IP能与μC /OS - Ⅱ能以相同的规范存在于一个系统中并能相互通信。LW IP有信号量和邮箱两种进程通讯方式，而μC /OS - Ⅱ也提供这两种进程通讯方式。
　　信号量用来同步任务，操作函数有sys_new_sem (建立并返回一个新信号量) , sys_ sem _ signal(指定要发送的信号量) , sys_sem_free (指定要释放的信号量) , sys_arch_sem_wait (等待由参数sem指定的信号量并阻塞线程) , 在这些函数体中进行数据结构的初始化并加入μC /OS - Ⅱ中的相关函数便可完成。
　　邮箱用来投递消息， LW IP允许将邮箱实现为一个队列，多条消息投递到这个邮箱。
　　μC /OS - Ⅱ提供了丰富的消息队列函数，且μC /OS - Ⅱ和LW IP投递到邮箱中的消息均用指针实现。该系统建立了多个邮箱，邮箱通过单向链表接在一起。接收消息的最大数量由消息数组决定，结构图如图2所示。

　　图2　邮箱数据结构图
　　邮箱建好后用指针P_Mbox指向节点1, 申请新邮箱将节点1和节点2断开， P_Mbox指向节点1的p stNext, 以此类推。回收时P_Mbox的移动方向与申请时相反，这样不会浪费内存且比较稳定。由以上结构和μC /OS - Ⅱ提供的函数写出邮箱相关函数。
　　除此之外，还需要编写任务创建函数sys_thread_new和sys_arch_timeouts函数，由于每个任务都有timeouts链表， sys_arch _timeouts函数返回的sys_timeouts结构保存了timeouts链表的首地址。
　　2.1.2　LW IP初始化设置及底层驱动
　　LW IP的初始化设置包含在LW IP通信进程的入口函数中，其入口函数LwipEntry的基本结构如下：
　　Void LwipEntry ( void 3 pvArg)
　　{
　　/ /初始化LW IP, 涉及LW IP使用的内存区，PCB ( TCP /UDP)以及OS模拟层各个方面
　　__ilvInitLwip ( ) ;
　　/ /设置LW IP, 包括添加配置网络接口，建立接受任务等工作
　　__ilvSetLwip ( ) ;
　　/ /在这里建立LW IP 的应用，服务器支持TCP /UDP方式，两种方式都建立
　　}
　　底层驱动在服务器每次收发数据中都要调用，这部分代码需要有良好的健壮性和稳定性。整个实现顺序，如图3所示。

　　图3　底层程序框架图

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