【正文】 普及，全球各個(gè)領(lǐng)域的不同企業(yè)已經(jīng)對(duì) “ 讓設(shè)備聯(lián)網(wǎng) ” 達(dá)成共識(shí)，而在工業(yè)控制和通信設(shè)備中，更多的卻是符合 RS232標(biāo)準(zhǔn)的串行口設(shè)備。 本文主要描述的是單串口以態(tài)網(wǎng)轉(zhuǎn)換接口的開(kāi)發(fā)，借助 uclinux 的 內(nèi)核小，效率高 ，在 網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的 ，擁有 TCP/IP 和串口驅(qū)動(dòng)，提供了豐富的 API 接口函數(shù)，特別是提供了網(wǎng)絡(luò)通用的編程接口套接字， 實(shí)現(xiàn) TCP 協(xié)議建立連接 等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行基于 三星公司的 S3C44B0X 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。具體要求： （ 1） 程序燒寫(xiě)工序簡(jiǎn)單可靠，系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。 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。 TCP／ lP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 它 是一個(gè)微型的以太網(wǎng)接入模塊，由微控制器 (s3c44b0)、網(wǎng)卡接口芯片rtl801及輔助元件構(gòu)成。 T1IN接 S3C44B0的 TXD0端， R1OUT接 S3C44B0的 RXD0端。仿真調(diào)試軟件主要采用 AXD。 uClinux是 基于 Linux內(nèi)核并符合 GNU／ GPL 公約的一種 )開(kāi)源操作系統(tǒng)，不同的是它對(duì) Linux的內(nèi)存管理和進(jìn)程管理等部分進(jìn)行了改寫(xiě)，以滿足沒(méi)有內(nèi)存管理單元 (MMU)的微處理器的需要。 (3)板級(jí) 。 （ 4） Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在 。將 拷/opt/下（或者其它目錄），運(yùn)行解壓命令： tar xvzf 解壓結(jié)束后會(huì)在 /opt/下生成 uClinuxdist目錄?；氐浇K端，按下 ESC 鍵兩次，敲回車(chē)退出。手動(dòng)修改的步驟如下： 進(jìn)入內(nèi)核配置（ Linux Kernel Configuration）。 使用mini 之前，先要配置參數(shù)。作為一種多任務(wù)、并發(fā)的工作療式，多線程程序可以提高應(yīng) 用 程序相應(yīng)， 改善 程序結(jié)構(gòu)。 /／保存標(biāo)準(zhǔn)串口屬性 tcgetattr(fd， amp。串口的設(shè)置主要是設(shè)置 struct termios 結(jié)構(gòu)體的各成員值。 (3) 發(fā)送數(shù)據(jù) char buffer[1024]。 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(kāi)放系統(tǒng)互連(os1)模型，采用一種簡(jiǎn)化的 4層模型，分別為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層，各層主要 協(xié)議 如圖 7 所示。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(guò)， 廣 播方式發(fā)送到局域 網(wǎng) 中的每臺(tái)機(jī)器。 listen int listen(int sockfd,int backlog) sockfd:是 bind 后的文件描述符。 serv_addr:儲(chǔ)存了服務(wù)器端的連接信息。 SO_ERROR 返回 socket 已發(fā)生的錯(cuò)誤原因 SO_DONTROUTE 送出的數(shù)據(jù)包不要利用路由設(shè)備來(lái)傳輸。serverAddr, sizeof(serverAddr))。 = htonl(INADDR_BROADCAST)。 ???????????????? ret = pthreat_create(amp。 圖 9 串口數(shù)據(jù) 幀 發(fā)送格式 圖 10 網(wǎng)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(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn) 串口和網(wǎng)口間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵是串口數(shù)據(jù)如何送到網(wǎng)絡(luò)上、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)又怎樣轉(zhuǎn)到串口。 這樣，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)容量和時(shí)間的雙重規(guī)定，能保證具體應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，并能一次傳輸盡量多的數(shù)據(jù)，降低了由于時(shí)間上的 “ 空等 ” 造成系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差的可能性。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)套接字的編程，驅(qū)動(dòng)程序提供的 API 函數(shù) ，由于不兼容性，在參考資料里又沒(méi)有一本系統(tǒng)的書(shū)，所以編程很困難，對(duì)調(diào)試要求就更高。 pthread_mutex_t mutex。 cfmakeraw(amp。 amp。 =0。newtio, BAUDRATE)。 } } /* 函數(shù)名稱： socket_init() 函數(shù)功能： set broadcast mode , and blid ip and port0, 傳遞參數(shù)： */ void socket_init(void) { int socket_status, ipaddr_status。 = htons(PORT)。 // set server use broadcast mode socket_status = setsockopt(fd_server, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char)amp。 } } /* 函數(shù)名稱： Read_fro_uart_to_( ) 函數(shù)功能： This is one pthread function . receive char from uart ,and send these char to 傳遞參數(shù)： */ void * Read_fro_uart_to_(void) { char * buffer。 // open lock incase the cpu is used by only pthread printf(ready for receive datd .........\n)。 ret = read(fd_uart, buffer, 1)。mute。 exit(1)。 // receive data if (ret == 1) { printf(receive data fail \n)。 packet_len = 256。 //set broadcast mode if(socket_status == 1) { printf(setsocketopt() call fail !\n)。 // = i_addr(SERVER_IP)。 int addr_len =sizeof(struct sockaddr_in)。newtio)。 [VTIME]=0。 amp。 //*********************************// bzero(amp。 // if (fd_uart 0) { printf(uart0 open error!\n )。 本次設(shè)計(jì)主要是 參考杭州立宇泰電子有限公司的 ARMSYSC開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)完成的 ，主要的創(chuàng)新點(diǎn)在： （ 1） 采用了 uclinux 作為操作系統(tǒng)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。 圖 12 串口數(shù)據(jù)流程 圖 13 說(shuō)明了多串口數(shù)據(jù)幀等待打包傳輸?shù)倪^(guò)程。發(fā)送是入?yún)f(xié)議棧的過(guò)程，如圖 11所示，接收是出協(xié)議棧的過(guò)程 (圖略 )，不同之處在于對(duì)數(shù)據(jù)的收／發(fā)處理。 } 軟件 工 作原理剖析 本節(jié)在單串口 TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，拓展成多串口編程 思路， 其 實(shí)質(zhì)是在定義 串口數(shù)據(jù) 幀 發(fā) 送格式時(shí)多了一個(gè)串口號(hào)，所以可以看作是單串口的編程框架圖，有利于 設(shè)計(jì)的升級(jí)。option, sizeof(option))。 = htons(PORT)。 SO_OOBINLINE 當(dāng)接收到 OOB 數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)馬上送至標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備 SO_LINGER 確保數(shù)據(jù)安全且可靠的傳送出去。 addrlen:serv_addr 的長(zhǎng)度。當(dāng)有多個(gè)客戶端程序和服務(wù)端相連時(shí)， 使用這個(gè)表示可以介紹的排隊(duì)長(zhǎng)度。 socket int socket(int domain, int type,int protocol) domain:說(shuō)明我們網(wǎng)絡(luò)程序所在的主機(jī)采用的通訊協(xié)族 (AF_UNIX 和 AF_INET 等 )。TCP是基于連接的協(xié)議，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對(duì)方建立可靠的連接。 int nByte。 /* 輸入模式標(biāo)志 */ unsigned short c_oflag。 ／／保存 原來(lái) 串 口 屬性 tcgetattr(fd， amp。測(cè)試 過(guò)程通過(guò) NFS網(wǎng) 絡(luò) 文件系統(tǒng)進(jìn)行，在 Pc端配置 NFS服務(wù)器， 設(shè)武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 35 頁(yè) 置 共 享文件夾及權(quán)限，調(diào)試無(wú)誤后，加入自己開(kāi)發(fā)的程序 重 新編譯 uClinux內(nèi)核，并將編譯好的二進(jìn)制文件 固 化 到開(kāi)發(fā) 板的 ROM中， 使其開(kāi)機(jī)后自動(dòng)運(yùn)行。保存配置，退出。選中第 2項(xiàng)： [*] Networking Support 按 ESC退出。內(nèi)核選項(xiàng)就被設(shè)置好了。因此，對(duì)內(nèi)核重新編譯，刪除不需要的功能模塊，可使系統(tǒng)運(yùn)行所需的內(nèi)核顯著減小，從于縮減資源的使用量，也實(shí)現(xiàn)了 uclinux 的量身定制。 （ 5） Linux在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮適應(yīng)系統(tǒng)的可裁減性的要求。與一般全靠硬件實(shí)現(xiàn)的串口服務(wù)器比較起來(lái)，配置要復(fù)雜，需要用戶具有一定的技術(shù)背景，不過(guò)因?yàn)閹в胁僮飨到y(tǒng)，其靈活性也是硬件串口服務(wù)器所不能比擬的。同時(shí)， uClinux保留了 Linux系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性，強(qiáng)大的網(wǎng) 絡(luò)功能和優(yōu)秀的文件系統(tǒng)支持等特點(diǎn)，在嵌入式設(shè)備中應(yīng) 用 十 分廣泛，被稱為“微控制領(lǐng)域的 Linux系統(tǒng)” 。下載網(wǎng)絡(luò)測(cè)試程序，同過(guò) ping看網(wǎng)卡 RTL8019是否接通。 系統(tǒng)串口模塊電路如圖 3 RS232 電平轉(zhuǎn)換電路。將以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)的串口幀封裝在 UDP 包中，并傳給 IP 層；同時(shí)，接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀并向上層層解包，分離應(yīng)用 層數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)的解析處理交由武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè) 串口發(fā)送模塊完成，實(shí)現(xiàn) RS232 串口流與以太網(wǎng)端口流的透明轉(zhuǎn)換。 S3C44BOX采用平坦地址空間，其內(nèi)置的 8個(gè)外部存儲(chǔ) bank可擴(kuò)展出 256MB的地址空間。 （ 3） CPU 與網(wǎng)卡及 MAX232 接口電路可靠，并提供 Jtarg 調(diào)試電路。 利用 tftp 下載 uclinux 映像文件，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)。同時(shí)，考慮到成本問(wèn)題，以往設(shè)備又不可能全部淘汰，因此，本文提出一種基于 TCP／ IP 的串口轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，可從根本上 解決這一難題。武 漢 工 業(yè) 學(xué) 院 本科畢業(yè)設(shè)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) （軟件） 姓 名： 黎勝龍 學(xué) 號(hào)： 03041118 院 （系）： 電氣信息工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 孫江波 武漢工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程系 2020 年 6 月 10 日 武漢工業(yè)學(xué)院 2020 畢業(yè)論文 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè) 目錄 摘要 ........................................................................................................................................ 2 前 言 ..................................................................................................................................... 4 一、 設(shè)計(jì)概述 ................................................................................................................... 5 設(shè)計(jì)要求 ....................................................................................................................... 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ...........................................