【正文】 .................................................................................................. 25 程序的調(diào)試與下載 ....................................................................................................... 25 軟件配置 ....................................................................................................................... 27 TCP 與 RS232 的雙向數(shù)據(jù)傳輸 .................................................................................... 29 TCP 向 RS232 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ................................................................................. 30 RS232 向 TCP 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ................................................................................. 31 測(cè)試結(jié)論分析 ........................................................................................................ 32 致謝 ........................................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................... 34 附錄 ........................................................................................................................................... 36 第一章 方 案介紹 1 第一章 方案介紹 課題設(shè)計(jì)背景 智能建筑 就 是 把 建筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、服務(wù)和管理 依據(jù)不同 用戶的 要求而 進(jìn)行 的 最合理的設(shè)計(jì) ，從而為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境 。 ：本次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)理念其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要是把整個(gè)系統(tǒng)模塊化，然后再對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行細(xì)致的闡述。 從以上的 4 種系列的 STM32 微控制器來(lái)看 ， 既要同時(shí)滿足設(shè)計(jì)中要求的具有以太網(wǎng)接口和 RS232 接口的微型控制器，又要結(jié)合高性能和低功耗的特點(diǎn)，以上能滿足條件的最優(yōu)答案就是互聯(lián)型芯片 STM32F107 了，因此最終決定 選用 F1 互聯(lián)型系列的STM32F107 作為 本設(shè)計(jì)的 微型控制器。 OTG PHY 的 USB OTG 全速的接口，所以，具有 USB 主機(jī)的功能，不再需要外置的 USB OTG 或 PHY. PLL 模塊 ， 配有 高級(jí) 的 時(shí)鐘配置方案 為外設(shè)提供服務(wù) ， 目的就是為了更加的 靈活 ，而 且成本 也會(huì)更加的優(yōu)化。它主要是以 CotexM3 內(nèi)核 為基礎(chǔ)而存在 的 32 位閃存微控制器， 它所采用的指令也是非常的高 端，是一種 高代碼 、 高性能密度的指令集， 除此之外，還運(yùn)用到了一個(gè)叫作 緊藕合嵌套向量中斷控制器。一般來(lái)說(shuō)，復(fù)位電路有兩個(gè)作用，即可以對(duì)系統(tǒng)上電進(jìn)行復(fù)位，又可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)按鍵來(lái)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。除此之外， if 還定義了一些狀態(tài)回調(diào)函數(shù)，只有當(dāng)配置了該功能時(shí)，才會(huì)使用。分配器可以對(duì)每個(gè)節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行必要的檢查，看看它前后會(huì)不會(huì)有空閑的內(nèi)存塊，如果找到了 空閑的內(nèi)存塊 ，就會(huì) 將它們合并在一起，形成一個(gè)相對(duì)較大的空閑內(nèi)存塊了 。在內(nèi)存池里面進(jìn)行內(nèi)存管理，一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以很好的防止內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，而且它的內(nèi)存分配和釋放效 率會(huì)更高，相反，它的 缺點(diǎn)就是浪費(fèi)部分的內(nèi)存。因此，在鏈路層是很容易出現(xiàn)大的 IP 數(shù)據(jù)包分解這種情況的。一旦我們需要的網(wǎng)絡(luò)接口確定之后，數(shù)據(jù)包就會(huì)被傳遞到 ip_output_if（）函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)也會(huì)把發(fā)送網(wǎng)絡(luò)接口當(dāng)作一個(gè)函數(shù)自變量。同理，當(dāng)我們需要終止連接的時(shí)候，也必須使用 TCP 連接中斷過(guò)程來(lái)關(guān)閉連接，不然就不會(huì)達(dá)到我們希望達(dá)到的要求。 首先介紹結(jié)構(gòu)圖最頂端的兩個(gè)部分，源端口號(hào)和目的端口號(hào)。在連接創(chuàng)建完成以后，協(xié)議控制模塊（ PCB）就進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)模式了，可以直接的去連接另外一個(gè)主機(jī)，也可以等待數(shù)據(jù)接收的連接信號(hào)。 /* 進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)狀態(tài) */ tcp_accept(pcb,tcp_232_server_accept)。當(dāng) RS232 串口接收數(shù)據(jù)進(jìn)行組幀 之后，就將 RS232 組幀數(shù)據(jù)傳送到 STM32 為控制器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分，然后再將 RS232 數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，最終傳送到各個(gè)客戶端。一般來(lái)說(shuō)， RS232 的傳輸速度是比不上以太網(wǎng)的傳輸速度的，因此，當(dāng)我們想把串口接收到的數(shù)據(jù)向網(wǎng)上傳輸?shù)臅r(shí)候，就不能一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的傳送了。 () Struct tcp_pcb*tcp_listen(struct tcp_pcb*pcb) 該函數(shù)的功能就是當(dāng)一個(gè)正在請(qǐng)求的連接被接收的時(shí)候，會(huì)使之前所指定的連接開(kāi)始進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。 由圖 中列舉的 6個(gè)標(biāo)志比特可以知道，它們的用法依次分別是：第一個(gè)是緊急指針的有效標(biāo)識(shí)；第二個(gè)是確認(rèn)序號(hào)的有效標(biāo)識(shí)；第三個(gè)表示的是接收端應(yīng)該快速的把報(bào)文段發(fā)送給應(yīng)用層；第四個(gè)是重新建立連接；第五個(gè)表示的是一個(gè)同步的序號(hào)，在建立連接的時(shí)候需要用它來(lái)發(fā)起連接；第六個(gè)表示發(fā)送端已經(jīng)完成了發(fā)送的任務(wù)。 TCP 在傳輸?shù)倪^(guò)程中，并不會(huì)知道它所傳輸?shù)淖止?jié)是什么內(nèi)容，也不會(huì)知道傳輸?shù)钠鹗嘉恢?，它只能通過(guò)應(yīng)用層的協(xié)議來(lái)對(duì)字流節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。假如所要求的目的地址和掩碼的接口 IP 地址相同，就完全可以選擇這個(gè)接口。16位首部校驗(yàn)和只會(huì)針對(duì)該 IP 的首部做檢驗(yàn)，對(duì)于其內(nèi)部數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否會(huì)出錯(cuò)，它并不是很在乎，數(shù)據(jù)的校 驗(yàn)工作，一般來(lái)說(shuō)是由上層協(xié)議負(fù)責(zé)的，例如： ICMP、UDP、 IGMP、 TCP 等協(xié)議都需要計(jì)算他們的頭部和整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)度。 為內(nèi)部函數(shù)的回調(diào)提供特殊的 接口， 主要是為了加強(qiáng) 應(yīng)用程序 的 功能 。 當(dāng) Mem_malloc（） 函數(shù)對(duì) 內(nèi)存 進(jìn)行分配的時(shí)候，它會(huì)把所有它所用到的字節(jié)數(shù)作為數(shù)據(jù)傳遞 給該函數(shù)，而返回 來(lái)的數(shù)據(jù) 就會(huì)指 一個(gè)新的指針，且這個(gè)內(nèi)存是最新分配的 。 然而兩者的區(qū)別在： TCP 協(xié)議提供的主要是 面向連接和可靠的字節(jié)流型服務(wù)， 當(dāng)用戶需要和客服端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前 ，我們 就需要提前在雙方之間建立一個(gè)所謂的 TCP 連接 ，這樣才能進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)傳輸。因此，在這次設(shè)計(jì)中，我們采用的是 SP3232芯片來(lái)完成電平的轉(zhuǎn)換工作。所以必須對(duì)以上各個(gè)模塊進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，才能使數(shù)據(jù)能夠順利的傳輸。正是因?yàn)?這個(gè)原因， 因此在運(yùn)行的過(guò)程中 ，甚至 在 待機(jī) 的狀態(tài) 時(shí) 都 會(huì)裁減應(yīng)用系統(tǒng)，可以 使 性能和功耗 能長(zhǎng)期的保持在 一個(gè) 相對(duì) 平衡 的狀態(tài) ，電池可以 為 RTC 的運(yùn)行 提供充足的電能 ，同時(shí) 可以在 84字節(jié)后備寄存器中保持應(yīng)用程序關(guān)鍵數(shù)據(jù)。相信一定能對(duì)工業(yè)市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)上做出一定的貢獻(xiàn)。所以最后需要運(yùn)用 ssv20（串口調(diào)試程序）和 TCPtester 來(lái)進(jìn)行模擬的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，只有不斷的調(diào)試和修改，才能最終使得我們的設(shè)計(jì)符合最終的設(shè)計(jì)要求。具有不同的傳輸速率，不同的傳輸方向。 基于 STM32 的智能建筑以太網(wǎng)與 RS232 數(shù)據(jù) 傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì) Design of Ether and RS232 Data Transmission Gateway Based on STM32 學(xué)生姓名： Xxx 學(xué)生學(xué)號(hào)： Xxx 專業(yè)名稱： 建筑電氣與智能化 指導(dǎo)教師： Xxx 控制與機(jī)械工程學(xué)院 20xx 年 6 月 18 日獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 是本人在 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以 引用 標(biāo)注之處外，論文中 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果， 沒(méi)有偽造數(shù)據(jù)的行為 。 在當(dāng)今高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，涉及的數(shù)據(jù)對(duì)象趨于多樣化，這些數(shù)據(jù)通常需要不同的網(wǎng)絡(luò)接口。 ，這是非常重要的一步，因?yàn)椴还苁怯布脑O(shè)計(jì)還是軟件的設(shè)計(jì)，最終還是要為最后的調(diào)試服務(wù)，假如調(diào)試不成功，一切都是白費(fèi)功夫而已。為了滿足市場(chǎng)的不同需求， STM32 開(kāi)發(fā)板在性質(zhì)和價(jià)格上都做出了巨大的取舍。另外， 可編程喚醒功能的時(shí)鐘和 84 字節(jié)的后備數(shù)據(jù)寄存器 的存在 ， 也是它的一大優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)以太網(wǎng)需要 傳送數(shù)據(jù)到 RS232 的時(shí)候，或者 RS232 需要傳送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)的時(shí)候， STM32 芯片就顯得格外的重要，因?yàn)樗菂f(xié)議轉(zhuǎn)換的控制中心，第三章 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì) 7 不管是轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包還是 RS232 幀的數(shù)據(jù)，都是需要 STM32 來(lái)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的。所以在設(shè)計(jì)通信的過(guò)程中必須采用電平轉(zhuǎn)換的方法，以便使兩者的電平相配。 ： 傳輸層協(xié)議 一般分為兩種類型 ， 第一種 是 本文需要用到的 TCP(傳輸控制協(xié)議 )， 第二種是一種名為 UDP（用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議） 的協(xié)議 。 在 對(duì) 內(nèi)存堆 進(jìn)行分配的時(shí)候 ， 需要對(duì) mem_int（）內(nèi)存堆進(jìn)行初始化，主要就是為了說(shuō)明 起始和結(jié)束的地址 ，還有初始化 內(nèi)存 的空閑列表，如果是 lwip 初始化時(shí) ，為了給 自己 進(jìn)行調(diào)用，那么此個(gè)接口就是 內(nèi)部 存在的 私有接口， 一般 是不會(huì)對(duì) 客戶層進(jìn)行 開(kāi)放的。 RTT 估算 。它能總結(jié) 每個(gè)數(shù)據(jù)包 的來(lái)源，不管它是從哪個(gè)協(xié)議傳來(lái)的 ，如果 這個(gè)數(shù)值是 1，則說(shuō)明它是 ICMP 協(xié)議；如果這個(gè)數(shù)值 值 是 2，則說(shuō)明它是 IGMP協(xié)議；如果該數(shù)值是 6，則說(shuō)明它是 TCP 協(xié)議；如果該數(shù)值為 17，則說(shuō)明它是 UDP 協(xié)議。在查找 IP 包的 IP 地址的過(guò)程中，可以很好的利用網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼來(lái)完成。 ：顧名思義，就是當(dāng) TCP 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，在邏輯管道上進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一種連續(xù)的字節(jié)流，而且 TCP 的報(bào)頭序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)也是以字節(jié)的形式存在的。 32位確認(rèn)序號(hào)的 ACK 字段永遠(yuǎn)是被置于 1 的位置，因?yàn)楫?dāng) ACK 被置于 1的時(shí)候才有效，這個(gè)序號(hào)攜 帶的是接收端希望接收到的下一個(gè)序列號(hào)。當(dāng)返回值是 ERROK 時(shí)，說(shuō)明已經(jīng)正確地綁定了指定的連接；當(dāng)返回值是 ERRUSE 時(shí)，說(shuō)明我們之前所指定的端口號(hào)已經(jīng)被綁定了一個(gè)連接，與這次綁定產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖突。在這樣的情況下，能不能克服數(shù)據(jù)傳輸中的丟幀現(xiàn)象，將是我們需要重點(diǎn)研究的對(duì)象。 軟件設(shè)計(jì) 為了能夠直觀的認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程， 系統(tǒng)的設(shè)置和各個(gè)接口的初始化是必不可少的步驟，以下為 軟件設(shè)計(jì)的框圖： S T M 3 2 系 統(tǒng) 設(shè) 置 （ 時(shí)鐘 ， 以 太 網(wǎng) ，N V I C , G P I O ） 以 及S T M 3 2 1 0 C E V A L 資 源R S 2 3 2 串 口 的 初 始 化L W I P 協(xié) 議 的 初 始 化接 收 數(shù) 據(jù) 協(xié) 議 轉(zhuǎn) 換 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 圖 42 軟件設(shè)計(jì)框圖 由圖 42 可以知道以下各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)： 的系統(tǒng)設(shè)置 主控芯片 STM32 的設(shè)置是利用函數(shù) system_setup（）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體來(lái)說(shuō)，完成對(duì)STM32 時(shí)鐘，鎖相環(huán)和 FLASH 的配置，啟用 USART2 時(shí)鐘和 ETHERNET 時(shí)鐘，設(shè)置需要用到的端口 GPIO_Configuration，嵌套中斷控制器 NVIC_Configuration，定時(shí)器Timer_Configruation。 /* 設(shè)置有連接請(qǐng)求時(shí)的回調(diào)函數(shù) */ 由以上函數(shù)關(guān)于 RS232 端口初始化的描述，可以很容易的總結(jié)出 TCP 服務(wù)器初始化的過(guò)程如下： PCB 連接（ tcp_pcb 結(jié)構(gòu)體類指針）分配合理的本地 IP 地址和端口號(hào)。 （） 第四章 軟件介紹