引言

Internet 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(wǎng)”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。如何將多個串行口的數(shù)據(jù)轉發(fā)到網(wǎng)絡上，實現(xiàn)設備的遠程控制、數(shù)據(jù)的遠程傳輸便成了一個亟待解決的問題。同時，考慮到成本問題，以往設備又不可能全部淘汰。因此，本文提出一種嵌入式網(wǎng)關可從根本上解決這一難題。多串口轉換網(wǎng)關使得串口數(shù)據(jù)流到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流的傳輸成為可能。它能連接多個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(wǎng)數(shù)據(jù)流，這樣就可以進行網(wǎng)絡化的數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化。采用此種方案，無需淘汰原有串口設備，多臺設備可同時入網(wǎng)，既可以提高設備利用率，GM8142 可實現(xiàn)低成本、較高速度、控制簡單的多串口方案。

系統(tǒng)結構

TCP/IP 協(xié)議由應用層、UDP 層、IP 層和數(shù)據(jù)鏈路層組成。為了實現(xiàn)透明傳輸，增加應用進程協(xié)議層——串口層。串口層由串口鏈路層和串口網(wǎng)絡層構成。網(wǎng)關在串口層構建，同時解析RS232 數(shù)據(jù)包，并作為TCP/IP網(wǎng)絡應用層的數(shù)據(jù)傳輸。多串口網(wǎng)關由TCP/IP協(xié)議轉換模塊和多串口收發(fā)控制模塊組成，結構如圖1 所示。

又節(jié)約組網(wǎng)費用，還可在已有的網(wǎng)絡基礎上簡化布線復雜度。采用串口擴展芯片

圖1 系統(tǒng)結構

根據(jù)實現(xiàn)的功能，系統(tǒng)主要由以下兩部分組成：

(1)TCP/IP 協(xié)議轉換模塊：它是一個微型的以太網(wǎng)接入模塊，由微控制器、網(wǎng)絡隔離變壓器( HR601680 )、SDRAM ( HY57V561620T )、NOR-FLASH(AM29LV320DB)等組成。來自客戶端的數(shù)據(jù)信息通過RJ45 以太網(wǎng)接口，網(wǎng)路接口芯片傳送給微控制器，微控制器通過內嵌的TCP/IP協(xié)議棧，實現(xiàn)地址解析協(xié)議(ARP)、Internet 控制報文協(xié)議(ICMP)、IP 協(xié)議、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)等協(xié)議的解析和封包。在正常運行時，TCP/IP 協(xié)議轉換模塊的任務主要是將以太網(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，接收以太網(wǎng)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)的解析處理交由多串口發(fā)送模塊完成，實現(xiàn)RS232 串口流與以太網(wǎng)端口流的透明轉換。

(2)串口數(shù)據(jù)處理模塊：它是一個多(最多32個)RS232 串口數(shù)據(jù)流的收/發(fā)控制模塊，由微控制器、串口擴展芯片(GM8142)、MAX232 等元件組成。微控制器與GM8142 共同完成對多串口數(shù)據(jù)收發(fā)的控制：一方面接收多個串口源數(shù)據(jù)，封裝后寫入以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)打包傳輸；同時，接收以太網(wǎng)應用層的數(shù)據(jù)，解析并從串口發(fā)出。對于串口處理模塊來說，通信數(shù)據(jù)的具體形式并不重要，它的任務主要是接收/發(fā)送，封裝/拆封串口幀，為網(wǎng)關提供通用接口。