【正文】 計(jì)(論文)設(shè)計(jì)題目：TCP/IP 與 RS232 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)（硬件）姓 名： 學(xué) 號： 院 （系）： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 6 月 13 日武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 1 頁 共 28 頁摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是“TCP/IP與RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)” ，主要以ARM7系列的S3C44BOX微處理器和RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)接口芯片等構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，移植uClinux，并在RH Linux 90和uclinux為ARM 處理器提供的交叉開發(fā)工具下，完成基于TCP／IP協(xié)議的串口／以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的開發(fā)。 or could be received through receiving Ether data frames to layer on the package, separating the application layer data. Implementation RS232 serial port / Ether port data flow transparent transfer.Key words Serial port；Ether；S3C44BOX；RTL8019AS；TCP／IP 。 串口轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)使得串口數(shù)據(jù)流到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流的傳輸成為可能。此為本文拓展的方向，從于可以更大地降低成本，使開發(fā)到應(yīng)用有更大價(jià)值。f武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 5 頁 共 28 頁一 設(shè)計(jì)概述隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以以太網(wǎng)和TCP／IP為代表的成熟度較高的開放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸在工業(yè)控制領(lǐng)域被廣泛采用，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化是未來發(fā)展的趨勢，人們希望能夠通過LAN網(wǎng)絡(luò)連接各種設(shè)備，讀取控制中心指令，傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的IP化控制、管理及數(shù)據(jù)存??；而另一方面，目前工業(yè)領(lǐng)域的大量數(shù)控機(jī)床、儀器儀表、傳感器、讀卡器等設(shè)備尚不具備網(wǎng)絡(luò)接口，這些設(shè)備之間最常用的通信接口為RS一232／422／485串口。并完成Boot Loader燒寫，硬件電路的測試，uclinux的編譯，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。能將串口接收到的數(shù)據(jù)通過，廣播方式發(fā)送到局域網(wǎng)中的每臺機(jī)器。ARM7TDMI是目前ARM7系列中應(yīng)用較廣的處理器核，T、D、M、1分別表示：T一支持16位Thumb指令集；D一支持片上調(diào)試(Debug)；M一內(nèi)嵌硬件乘法器(Multiplier)；1一支持嵌入式ICE接口。S3C44BOX內(nèi)置2通道UART，其中每一路UART分別包含一個(gè)l6字節(jié)的接受FIFO和發(fā)送FIFO，波特率可編程控制，最高支持1 15．2kbps，支持5，6，7，8位數(shù)據(jù)長度，1，2位停止位，支持奇偶校驗(yàn)，支持中斷模式和DMA模式。 串口收發(fā)控制模塊 實(shí)現(xiàn)RS232串口數(shù)據(jù)流的收／發(fā)控制，包括微控制器、MAX232等元件。適用。因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動能力，所以不需要外加驅(qū)動電路。 NE2020系列網(wǎng)卡芯片兼容； 免跳線模式下支持微軟的即插即用模式；Samsung 公司的S3C44B0X通過提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路中除處理器外的元器件配置，從而使系統(tǒng)成本最小化。 S3C44B0X 的引腳分析及系統(tǒng)配置電路S3C44B0X有160個(gè)腳，除去系統(tǒng)數(shù)據(jù)和地址總線之后，由我們來進(jìn)行配置的引腳就比較少了，配置電路主要完成系統(tǒng)上電后的一些初始化，對系統(tǒng)的穩(wěn)定工作十分重要。（2） OM[3:2]輸入：OM[3:2]確定時(shí)鐘模式。（4） XTAL0模擬輸入：系統(tǒng)時(shí)鐘內(nèi)部振蕩線路的晶體輸入腳。（5） XTAL1模擬輸入：RTC時(shí)鐘的晶體輸入腳。0:little endian 1:big endian：本系統(tǒng)中該腳接地。系統(tǒng)中接電容后接地。在電源打開已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，nRESET必須保持低電平至少4個(gè)MCLK周期。VSSIO: S3C44B0X I/O地。 串口引腳描述及其與 S3C44B0X 的接口引腳描述RTL8019AS具有16位數(shù)據(jù)線接口和20位地址線接口，支持8／16位的數(shù)據(jù)模式，其數(shù)據(jù)端口與S3C44B0X的低16位數(shù)據(jù)線相連，中斷請求端口接CPU的外部中斷EINT3引腳. 系統(tǒng)網(wǎng)卡接口電路原理圖如圖3武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 11 頁 共 28 頁 圖 3 網(wǎng)卡接口電路原理圖 電源電路 S3C44B0X的時(shí)鐘電源管理模塊集中管理時(shí)鐘脈沖的發(fā)生與電源。，所以系統(tǒng)電源由兩部分組成。時(shí)鐘發(fā)生器有一個(gè)振蕩器連接到外部晶振上，同時(shí)還有一個(gè)PLL把低頻震蕩器的輸出作為自己的輸入，產(chǎn)生S3C44B0X所需的高頻信號，本系統(tǒng)中采用外部晶振和PLL倍頻產(chǎn)生CPU主頻的模式。本系統(tǒng)采用較簡單的RC復(fù)位電路，經(jīng)使用證明，其復(fù)位邏輯是可靠的。 武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 14 頁 共 28 頁 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC器件是一種能提供日歷/時(shí)鐘及數(shù)據(jù)存儲等功能的專用集成電路，常用作各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘信號源和參數(shù)設(shè)置存儲電路。傳送的數(shù)據(jù)包括秒、分、時(shí)、星期、日期、月份和年份。Flash技術(shù)結(jié)合了OTP存儲器和EEPROM的可再編程性能，因此，得到越來越廣泛的使用。ARM體系結(jié)構(gòu)將存儲器以字節(jié)為單位編址，但作為32位數(shù)據(jù)寬度的處理器，每個(gè)處理單元卻是1個(gè)字的長度，也就是32位。由于SRAM、SDRAM等存儲設(shè)備屬于揮發(fā)性的存儲器，掉電以后其中的內(nèi)容就會全部丟失，所以必須把系統(tǒng)上電后初始化CPU的程序放在Flash等不揮發(fā)性存儲介質(zhì)上。 SST39VF160 與 S3C44B0X之間的接口電路如圖9所示。武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 16 頁 共 28 頁 SDRAM 接口電路與Flash存儲器相比較，隨機(jī)存儲器RAM（Random Access Memory）是易失性的存儲器，在掉電以后數(shù)據(jù)即消失，不能夠長期保存。 SDRAM具有單位空間存儲容量大和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。在本系統(tǒng)中我們選用存儲容量為4組16Mbit（8M字節(jié)）的HY57V641620，常見封裝為54腳TSOP，兼容LVTTL接口，支持自動刷新（AutoRefresh）和自刷新（SelfRefresh） ，16位數(shù)據(jù)寬度。HY57V641620 與 S3C44B0X之間的接口電路如圖10所示：武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 17 頁 共 28 頁 圖 10 SDRAM 接口電路圖HY57V641620的數(shù)據(jù)接口為 DQ15～0 ，數(shù)據(jù)寬度為16位。其余控制線直接和S3C44B0X連接即可。JTAG測試允許多個(gè)器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對各個(gè)器件分別測試。JTAG 接口電路如下圖 11 所示： 圖 11 JTAG 接口電路圖 在 NTRST、TMS、TCK、TDI 引腳上必須連接一個(gè) 10K 的上拉電阻。串口除了完成與CPU通訊功能之外，在系統(tǒng)控制板完成焊接后，可以使用串口完成BootLoader的燒寫，程序的調(diào)試和字庫的下載。MAX232的接口電路中，將單片機(jī)上的RXD和TXD信號接到MAX232對應(yīng)的引腳上， 圖 12 RS232 接口電路 通用 I/O 接口電路 S3C44B0X提供71個(gè)可編程多功能輸入/輸出引腳，除去系統(tǒng)最小系統(tǒng)需要的地址、數(shù)據(jù)總線和控制總線后，其余的用戶可將每個(gè)端口配置為輸入模式、輸出模式或特殊功能模式，由芯片內(nèi)部的特殊功能寄存器控制。同時(shí)，盡可能的以各單元電路為單位，一個(gè)個(gè)焊接調(diào)試，以便在調(diào)試過程中遇到困難時(shí)縮小故障范圍，在系統(tǒng)上電后，應(yīng)先檢查電路工作有無異常，芯片在工作時(shí)有一定的發(fā)熱是正常的，但如果有芯片特別發(fā)燙，則一定有故障存在，需斷電檢查確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)通電調(diào)試。復(fù)位電路的RESET端在未按按鈕時(shí)輸出應(yīng)為高電平（） ，按下按鈕后變?yōu)榈碗娖剑粹o松開后應(yīng)恢復(fù)到高電平，說明復(fù)位電路工作是正常的。現(xiàn)在估計(jì)是JTAG電路發(fā)生短路，將復(fù)位電路中的74HC14拆下來，使用萬用表發(fā)現(xiàn)74HC14的4腳短路，用刀片把兩點(diǎn)間劃開，重新焊到電路板上重復(fù)先前的測試步驟，MySock ARM調(diào)試代理武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 21 頁 共 28 頁軟件顯示： Detect ARM7TDMIContact me:說明此時(shí)S3C44B0X配置正常，可以進(jìn)行Boot Loader的燒寫。Boot Loader的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，通過Boot Loader可以完成對系統(tǒng)板上的主要部件如CPU、SDRAM、Flash、串行口等進(jìn)行初始化，也可以下載文件到系統(tǒng)板、對Flash進(jìn)行擦除與編程。一個(gè)簡單的Boot Loader程序可以僅僅完成串行口的初始化，并進(jìn)行通信，而功能完善的 Boot Loader可以支持比較復(fù)雜的命令集，對系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行合理的配置與管理。武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文第 22 頁 共 28 頁 Boot Loader 調(diào)試及燒寫JTAG接口正常工作后，下一步就是檢查SST39VF1601是否可以工作。到杭州立宇泰的官方網(wǎng)站上查閱了相關(guān)的資料，都沒有涉及到這方面的，仔細(xì)閱讀了杭州立宇泰ARMSYSC開發(fā)板提供的ADS開發(fā)資料，作用是將調(diào)試器ADW發(fā)送到網(wǎng)上的調(diào)試信息攔截并轉(zhuǎn)換為發(fā)送到并口的JTAG信號。待燒寫、校驗(yàn)完畢后，復(fù)位系統(tǒng)，系統(tǒng)中的四個(gè)LED燈閃爍一下。打開ADS開發(fā)環(huán)境，將編寫好的串口程序?qū)氲絊DRAM中。如果一個(gè)程序要運(yùn)行，則肯定是需要有這個(gè)文件的，于是在程序的Target目錄下找到該文件，添加到ADS中，系統(tǒng)沒有找到執(zhí)行的程序。使用超級中斷的Xmodem工具將立宇泰自帶的uClinux通過串口下載到SDRAM中，燒寫完畢后，可以和立宇泰公司的ARMSYSC一樣，完成uClinux的內(nèi)核啟動的初始化，到此說明系統(tǒng)最小系統(tǒng)已經(jīng)可以正常工作，也可以進(jìn)行程序調(diào)試。硬件調(diào)試