【正文】 隨著網絡技術的發(fā)展，以以太網和 TCP／ IP為 代表的成熟度較高的開放式網絡技術逐漸在工業(yè)控制領域被廣泛采用，設備網絡化是未來發(fā)展的趨勢，人們希望能夠通過 LAN網絡連接各種設備，讀取控制中心指令，傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備的 IP化控制、管理及數(shù)據(jù)存??；而另一方面，目前工業(yè)領域的大量數(shù)控機床、儀器儀表、傳感器、讀卡器等設備尚不具備網絡接口，這些設備之間最常用的通信接 El為 RS一 232／ 422／485串口。 此為本文拓展的方向， 從于可以更大地降低成本， 使開發(fā)到應用有更大價值。 串口轉換網關使得串口數(shù)據(jù)流到以太網數(shù)據(jù)流的傳輸成為可能。 uclinux。該設備支持服務器和客戶機模式， 為傳統(tǒng)串口設備通過標準 TCP， IP協(xié)議接入 lnter提供了一種低成本解決方案。 本文主要描述了單串口以態(tài)網協(xié)議轉換， 實現(xiàn) RS232 串口數(shù)據(jù)流的收／發(fā)控制 ，封裝／拆封串口幀， 并通過 TCP／ lP 協(xié)議轉換模塊 將以太網發(fā)送緩沖區(qū)的串口幀封裝在 UDP 包中，并傳給 IP 層；同時，接收以太網數(shù)據(jù)幀并向上層層解包，分離應用層數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)的解析處理交由串口發(fā)送模塊完成，實現(xiàn) RS232 串口流與以太網端口流的透明轉換。 、 武漢工業(yè)學院 2020 畢業(yè)論文 第 4 頁 共 35 頁 前 言 隨著企業(yè)規(guī)模的擴大和 Inter 技術的廣泛普及，全球各個領域的不同企業(yè)已經對 “ 讓設備聯(lián)網 ” 達成共識，而在工業(yè)控制和通信設備中，更多的卻是符合 RS232標準的串行口設備。它能連接 RS232串口設備，并將串口數(shù)據(jù)進行選擇和處理，把 RS232 接口的數(shù)據(jù)流轉化成以太網數(shù)據(jù)流，這樣就可以進行網絡化的數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的網絡化。 本文主要描述的是單串口以態(tài)網轉換接口的開發(fā)，借助 uclinux 的 內核小，效率高 ，在 網絡方面是非常完整的 ，擁有 TCP/IP 和串口驅動，提供了豐富的 API 接口函數(shù)，特別是提供了網絡通用的編程接口套接字， 實現(xiàn) TCP 協(xié)議建立連接 等優(yōu)點，進行基于 三星公司的 S3C44B0X 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。在不改變原有設備結構的基礎上為其添加串口／網絡接口，使其通過 TCP／ IP協(xié)議接入互聯(lián)網，是串口設備上網的低成本解決方案。具體要求： （ 1） 程序燒寫工序簡單可靠，系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。 系統(tǒng)結構框圖 本系統(tǒng)微處理器 CPU 采用三星公司的 S3C44B0X,8MHz 外部鐘振，內部倍頻至64MHz， Flash ROM 采用 SST39VF16016Mbit（ 1M16bit）程序 Flash； RAM： 64Mbit（ 41M16bit） PC100/PC133 兼容 SDRAM； 網口控制芯片采用 Realtek 公司的RTL8019，串口控制芯片采用常見的 MAX232。 ARM7TDMI是目前 ARM7系列中應用較廣的處理器核， T、 D、 M、 1分別表示： T一支持 16位 Thumb指 令集； D一支持片上調試 (Debug)； M一內嵌硬件乘法器 (Multiplier)； 1一支持嵌入式 ICE接口。 S3C44BOX內置 2通道 UART，其中每一路 UART分別包含一個 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，支持 中 斷模式和 DMA模式。 TCP／ lP協(xié)議轉換模塊 它 是一個微型的以太網接入模塊，由微控制器 (s3c44b0)、網卡接口芯片rtl801及輔助元件構成。 MAX232接口電路 MAX232 芯片時 MAXIM 公司生產的低功耗、單電源雙 RS232 發(fā)送 /接收器。 T1IN接 S3C44B0的 TXD0端， R1OUT接 S3C44B0的 RXD0端。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 s3c44b0 的低 16 位數(shù)據(jù)線相連，中斷請求端口接武漢工業(yè)學院 2020 畢業(yè)論文 第 9 頁 共 35 頁 CPU 的外部中斷 EINT3 引腳。仿真調試軟件主要采用 AXD。在這里順便介紹一下 Boot Loader。 uClinux是 基于 Linux內核并符合 GNU／ GPL 公約的一種 )開源操作系統(tǒng)，不同的是它對 Linux的內存管理和進程管理等部分進行了改寫，以滿足沒有內存管理單元 (MMU)的微處理器的需要。對于不同的處理器和開發(fā)板， uClinux的移植大致可分為 3個層次： (1)架構級。 (3)板級 。 Uclinux是一個完全符合 GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開發(fā)代碼，并且免費。 （ 4） Linux內核的結構在 。 建立主機開發(fā)環(huán)境 (1)先安裝 Linux操作系統(tǒng) ， 對 uClinux的配置和編譯要 在 linux操作系統(tǒng)下進行。將 拷/opt/下（或者其它目錄），運行解壓命令： tar xvzf 解壓結束后會在 /opt/下生成 uClinuxdist目錄。 cd /home/uClinuxdist make menuconfig 進入 uClinux 配置 (uClinux Configuration)， 選中“ Kernel/Library/Defaults Selection224。回到終端，按下 ESC 鍵兩次，敲回車退出。自動切換到用戶選項配置。手動修改的步驟如下： 進入內核配置（ Linux Kernel Configuration）。需要選中其中的兩項： * Packet socket ?? [*] TCP/IP working (3) 配置 Networking device Support 選中“ File system ”，敲空格進入。 使用mini 之前，先要配置參數(shù)。 (3) 下載 映像文件 連接好開發(fā)板的串口線，網線，電源線。作為一種多任務、并發(fā)的工作療式，多線程程序可以提高應 用 程序相應， 改善 程序結構。Linux系統(tǒng)將設備看成文件處理，本文系統(tǒng)的兩個串 口 COM1和 COM2分別對應于uClinux系統(tǒng)下／ dev／ ttySO和／ dev／ ttyS 1兩個文件，打 開 或 關 閉設備的操作對應于打開或關閉相應的文件。 /／保存標準串口屬性 tcgetattr(fd， amp。 ／／設置新的串口屬性 newtio． c. cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD。串口的設置主要是設置 struct termios 結構體的各成員值。 /* 控制模式標志 */ unsigned short c_lflag。 (3) 發(fā)送數(shù)據(jù) char buffer[1024]?？梢允褂貌僮魑募暮瘮?shù)來實現(xiàn)異步讀取，如 ftl，或者 select等來操作。 TCP／ IP處理模塊 TCP／ IP協(xié)議是目前 lnter 上 用最廣泛的一套協(xié)議簇，它參考開放系統(tǒng)互連(os1)模型，采用一種簡化的 4層模型，分別為應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層，各層主要 協(xié)議 如圖 7 所示。 武漢工業(yè)學院 2020 畢業(yè)論文 第 19 頁 共 35 頁 圖 7 TCP／ IP體系結構模型 Linux系統(tǒng)提供 Socket套接字進行網絡編程， Socket最早是在 UNIX系統(tǒng)上為 TCP／ IP網絡通信與開發(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 lnter上網絡開發(fā)最為通用的 API函數(shù)。以 UDP Server 廣 播發(fā)送方式為例， Socket 程序 處理流程如圖 8 所示，該模式將串口接收到的數(shù)據(jù)通過， 廣 播方式發(fā)送到局域 網 中的每臺機器。 protocol:由于我們指定了 type，所以這個地方我們一般只要用 0 來代替就可以了。 listen int listen(int sockfd,int backlog) sockfd:是 bind 后的文件描述符。返回的情況和 bind 一樣。 serv_addr:儲存了服務器端的連接信息。 setsockopt（設置 socket 狀態(tài)） 表頭文件 includesys/ 定義函數(shù) int setsockopt(int s,int level,int optname,const void * optval,socklen_toptlen)。 SO_ERROR 返回 socket 已發(fā)生的錯誤原因 SO_DONTROUTE 送出的數(shù)據(jù)包不要利用路由設備來傳輸。它們的建立步驟一般是 : 服務器端 socketbindlistenaccept。serverAddr, sizeof(serverAddr))。 // set client broadcast mode bzero(amp。 = htonl(INADDR_BROADCAST)。serverAddr, addr_len)。 ???????????????? ret = pthreat_create(amp。 幀的統(tǒng)一化 系統(tǒng) 4個串口源的數(shù)據(jù)要作為以太網幀的一部分，為了向設備提供透明的接口和區(qū)分數(shù)據(jù)源，需要制定統(tǒng)一的幀格式。 圖 9 串口數(shù)據(jù) 幀 發(fā)送格式 圖 10 網口 數(shù)據(jù) 幀 發(fā)送格式 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向分析 串口轉換網關，實現(xiàn) 串口和網口間的數(shù)據(jù)轉換，關鍵是串口數(shù)據(jù)如何送到網絡上、網絡數(shù)據(jù)又怎樣轉到串口。當系統(tǒng)規(guī)定的 UDP武漢工業(yè)學院 2020 畢業(yè)論文 第 24 頁 共 35 頁 打包時間到或已經有串口數(shù)據(jù)幀時，打 UDP 包，并逐層下送，直到把數(shù)據(jù)送上物理介質，完成比特流的傳輸。 這樣，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)容量和時間的雙重規(guī)定，能保證具體應用對實時性的要求，并能一次傳輸盡量多的數(shù)據(jù)，降低了由于時間上的 “ 空等 ” 造成系統(tǒng)實時性差的可能性。如圖 7 所示，將收到的以太網幀，依次去掉每層的協(xié)議頭分解出應用層數(shù)據(jù)，再以 0x24 和 OxOa 為分界分離，根據(jù)串口號字段的值，將信息發(fā)送到相應的設備，完成預定的控制。對于網絡套接字的編程，驅動程序提供的 API 函數(shù) ，由于不兼容性，在參考資料里又沒有一本系統(tǒng)的書，所以編程很困難，對調試要求就更高。 七 致謝 在設計和論文成文的過程中， 由于初次用嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)，遇到了不少問難，在 孫江波老師和楊昌老師的大力支持和幫助，才得以順利完成，在次表示深深感謝！ 在畢業(yè)設計期間，和張超同學每天堅持 學習，同時還教會了很多 linux 操作系統(tǒng)的知識，還有 宿友 王飛 同學也給予了大力的支持和幫助，在次 也一并表示感謝！ 武漢工業(yè)學院 2020 畢業(yè)論文 第 27 頁 共 35 頁 八 附錄 TCP/IP 與 RS232 協(xié)議轉換 程序 ： includesys/ includesys/ includesys/ includesys/ includesys/ includesys/ includei/ includearpa/ includei/ include include include include include include include include // include include include include include include include include define PORT 0 define MAX_MSG_SIZE 100 define BAUDRATE B115200 char msg[MAX_MSG_SIZE]。 pthread_mutex_t mutex。 } else { printf(uart0 open success!\n)。 cfmakeraw(amp。 |= (CLOCAL | CREAD)。 amp。 |=CS8。 =0。=~(IXON|IXOFF|IXANY)。newtio, BAUDRATE)。 } /* 函數(shù)名稱： Socket_open( ) 函數(shù)功能： built UDP socket 傳遞參數(shù)：