基于ARM微处理器及嵌入试Linux的串口网桥软硬件设计

l、引言 在电力系统自动化控制及其他工业控制、民用设备如商场销售系统等领域，众多设备的对外通讯接口仍然是低速串口。串口由于其易用性、可靠性及相对于工控设备来说足够高的通信能力而长盛不衰。然而，串口有一个重大弱点就是传输距离短且无法与网络直接相连，造成设备无法实现远程控制及数据共享，而这些恰恰是实现工业控制高度自动化的必须条件。因此，要求设计一种使串口设备快捷方便地实现联网功能的装置，而且要求其成本低廉，我们称之为串口网桥或串口设备联网服务器。 2、串口网桥简介 我们设计的串口网桥是一个可以为rs-232串口设备提供联网能力的设备联网服务器。装置主要完成主机与串口设备间交流数据的过滤与转发功能，将rs-232信号转换成tcp／ip协议，使设备数据可以在i n t e r n e t或 intranet上流通、共享。牢门网桥具体功能描述如下： ● (远程、本地)主机可以如操作本机串口一样通过tcp／1p网络对串口设备进行远程数据读取，资料处理和数据多点传输，即串口设备原有的主机方应用程序不需任何修改即可重新利用； ●支持主机以web方式及telnet方式登录修改配置； ●可在网桥装置上直接设置ip地址； ●自动检测10／100mbps ethernet网络； ●可同时操作8个串口设备。串口网桥装置广泛应用于工业设备联网自动化、门禁考勤管理、商场销售系统联网自动化、远程影像传输等众多领域，它的典型应用如图1所示： 3、系统硬件结构 串口网桥的硬件结构原理图如图2所示： 各主要模块基本组成描述如下： ●每微处理器mcu：采用samisung公司生产的arm7tdmi内核s3c4510b处理器； ● 1 0／100m以太网接口：用一片rtl8201与s3c4510b片内的mac控制器一起组成以太网接口电路，并通过网络隔离变压器与rj45以太网口相连； ●flash存储器：采用一片39vfl60
flash存储器，大小为2m字节，用于存
放已调试好的用户应用程序、嵌入式
操作系统以及其他在系统掉电后需要
保存的用户数据等； ● s d r a m存储器：用两片hy57v641620hg并联构建32位的sdram存储器系统，共16m字节，可满足嵌入式操作系统及各种相对较复杂的算法的运行要求； ●jtag接口：可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等； ●多串口扩展：用两片stl6c554扩展出八个串口，以同时连接多台串口设备。 下面分别对装置硬件结构中的主要模块功能进行简要分析。 3．1arm微处理器s3c4510b 串口网桥的系统核心是一颗韩国三星电子生产的s3c45l0b-16／32位ri 5c(精简指令集计算机)微控制器。该微控制器专为以太网通信系统的集线器和路由器而设计，具有低成本和高性能的特点。 s3c45l0b中内置了arm公司设计的16/32位arm7tdmi处理器，提供了8k字节的cache(高速缓存)和以太控制器，内置2通道的hdlc(高级数据链路控制)，2个uart(通用异步收发)通道，内置32位定时器和18个通用可编程i／o端口。s3c4510b内部采用32位系统总线，有i2c接口，还集成了中断控制器、dram／sdram控制器、rom／sram和闪存控制器。以上功能特点均集成在此单芯片中，可大大减少系统成本。 软件方面，s3c45l 0b因内置arsm7tdmi核，可以执行32位的arm指令，也可执行16位的thumb指令。 s3c4510b采用3．3v电压供电，208脚的qfp封装，操作频率最高达50mhz。 3．2 10/100m以太网接口电路 s3c4510b内嵌了一个以太网控制器，支持媒体独立接口(media independent interface，uii)和带缓冲dma接口(buffered dma interface，bdi)，可在半双工或全双工模式下提供10／100mbps的以太网接入。在半双工模式下，控制器支持csma／cd协议，在全双工模式下支持ieee802．3 mac控制层协议。 但s3c4510b并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。常用的单口10／l00mbps高速以太网物理层接口器件主要有rtl8201，dm9161等，均提供mii接口和传统7线制网络接口，可方便地与s3c4510b相连。串口网桥的设计中使用rtl8201作为以太网的物理层接口。 3．3 flash存储器接口电路 flash存储器具有低功耗、大容量、擦写速度快．可整片或分扇区在系统编程(烧写)、擦除等特点，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应