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用RCM2200实现以太网与异步串口的通信

用RCM2200实现以太网与异步串口的通信

[系统背景] 目前,嵌入式技术已经广泛渗入并应用到各领域,涉及到多种传统及现代技术,形成了前所未有的多学科、多领域的交叉与融合。由Z-World公司推出的RCM2200是一款低成本的嵌入式微控制器核心模块,它采用Dynamic C,这是一款专门为Z-World产品创建的集成的C 编译器、编辑器、链接器、装载器和调试器于一体的软件开发平台,他内嵌协调多任务及实时多任务系统,提供Realtek以太网芯片驱动程序包和程序实例源代码,无版税带源代码的TCP/IP协议栈,以及Zworld全系列产品文档及手册,便于实现快速开发应用,加快产品投放到市场。 UDP协议是比较著名的传输层协议之一,它与TCP协议一样是基于IP协议的,但与TCP不同的是它不需要协议层提供质量保证,因此,在需要实时数据传输的情况下应用比较广泛。并且,因为不提供质量保证,服务器没有必要一直处于等待状态,从而大大减轻了服务器的负担。在某些情况下,还可以根据需要给UDP报文加上一些质量保证控制,有很大的灵活度。 在不远的将来,将设备与网络相连将成为一种趋势。在诸如GPS串口数据网络收发以及某些语音传输、实时监控等多种场合,实现以太网与异步串口数据之间的通信是非常必要的。 [系统原理] RCM2200采用Rabbit半导体公司推出的高性能8位器件-Rabbit2000型微处理器;带RJ-45插口的内置10Base-T端口简化了网络连接,便于开发带以太网接口的监控、通讯设备;配备有4个串行口,方便扩展联接;拥有26根并行的I/O引线以及16根可设置的I/O引线,无须扩展即可完成一般的I/O任务;拥有256K Flash 、128K SRAM, 用于代码存储和数据存储;时间、日期、看门狗、定时器等一应俱全;且其采用双列直插式引脚,尺寸仅为59 *41*22 mm。这种结构促进了嵌入式系统的快速开发,并可实现集成的以太网连接。 RCM2200系统的基本框架结构如图1所示。
图1 RCM2200系统结构 RCM2200采用Dynamic C®语言进行软件开发,与标准C语言相比,他在功能强大的嵌入式系统上进行实时编程变得非常容易。他能实现多任务和优先多任务的构造,当供电失败时,能够保护写入变量,能够写入到中断程序中去。标准C函数库,特定板的外围驱动,芯片外围设备,以及其他的性能以源代码的形式包含在Dynamic C中。完全支持汇编语言,在对时间要求较高的应用中,汇编代码可以方便的与C代码混用。 在该开发系统中将RCM2200的以太网接口与当地局域网相连,选择一个串口与计算机的串口相连。由以太网发送UDP报文给RCM2200微控制器核心模块经过处理后通过串口发送给计算机,由计算机串口发送数据给RCM2200微控制器核心模块经过处理后通过其上的网络口发送UDP报文给以太网,从而实现基于RCM2200以太网和串口之间的通信。 [UDP协议] UDP协议是比较著名的传输层协议之一,它使用IP作为网络层协议,为应用程序发送和接收数据报。但是,它提供的无连接服务是不可靠传输,因此,UDP报文主要用于需要实时的、一次传输少量的数据传输的情况。在某些对实时性要求很高的场合,利用UDP报文进行数据传输是非常必要的,但往往要采用一些可靠性方案,以防止有漏传、误传的现象发生。 客户机/服务器的程序设计模式在网络程序设计中被大量的应用。这种设计模式将整个系统分为两大部分——服务器部分和客户机部分。客户机向服务器提出请求,服务器对请求作相应的处理将结果返回给客户机。根据不同的实际情况,客户机/服务器的通信存在对称和非对称两种方式。在对称的方式下,通信的每一方都可能扮演主从角色;在非对称的方式下,一方不可改变的认为是主机,而另一方则是从机。无论是对称的或是非对称的,当服务被提供时必然存在客户进程和服务进程。基于UDP协议的通信既可采用对称方式也可采用非对称方式。 [关键技术] 套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远地主机的IP地址、远地进程的协议端口。 UDP协议支持数据报套接字。这种套接字可以采用客户/服务器模式,以全双工方式工作,接收发送可以同时进行,他不能保证数据传输的可靠性、有序性和无重复性,需要由程序员负责管理数据报的排序和可靠性。 Dynamic C提供了许多支持TCP/IP协议的库函数。其中,DCRTCP.LIB是最主要的函数库。 UDP协议的基本通信流程如下: a 调用本地初始化函数 void sock_init(void) 该函数将使用默认配置初始化本地信息包驱动器以及DCRTCP.LIB函数库。该函数必须在其他网络库函数被使用前进行调用。 b 打开数据报套接字 int udp_open( *s, lport, remote_IP, port, *data_handler ()) 其中的参数解释如下: s : 指向UDP套接字的指针; lport : 本地协议端口; remote_IP : 可接受的远地主机IP地址,如果该项为-1,则支持广播通信; port : 可接受的远地进程协议端口,如果该项为-1,则为广播数据报; data_handler() : 如果接收到数据则调用该函数; 该函数的返回值,如果成功返回非零,否则返回零值。 c 接收远地主机发送的数据报 int udp_recv( *s, *buf_recv, recv_len) 当套接字初始化后用该函数扫描接收缓冲区,,察看是否有数据报到达。其中, buf_recv : 指向用于存放已到达数据报的数组的指针; recv_len : 存放数据报的数组的大小。 如果接收到数据报则返回数据报的长度;否则返回-1。 d 发送数据报给远地主机 int udp_send( *s, *buf_send, send_len ) 调用该函数发送数据报给远地主机。如果成功返回该数据报的长度,否则返回-1。 buf_send : 指向待发送数据报的指针; send_len : 待发送数据报的长度。 e 网络信息处理函数 int tcp_tick( *s ) 该函数将察看网络连接状态,检查数据报的到达情况,处理新到数据报并重传丢失的数据报。若出现网络连接被复位及套接字已关闭的情况或参量s为NULL,则返回值为零;否则返回非零值。 f 关闭套接字 void sock_close( *s ) 当数据传送工作完成或传送过程中发生错误时,可调用该函数关闭套接字 [串口通信的实现] 1、RS232电平与TTL电平的转换 PC机的串行接口是符合EIA RS-232C规范的外部总线标准接口,而RCM2200配备有四个串行接口,都是采用TTL电平,因此两者之间必须进行电平转换。以RCM2200的串行口C(位于核心模块的J4插槽上)为例,电平转换如图2所示。
图2 RS232与TTL电平转换图 2、使用Dynamic C实现串口数据的传输 Dynamic C提供了一些与计算机串行口进行通信的函数可供用户程序调用,下面简要介绍其中的一部分。 a打开串行接口 int serXopen( bard ) bard : 长整型,每秒钟传送的比特数。 该函数用于打开RCM2200的串行接口,由于RCM2200核心模块拥有四个串行口,故X可根据需要取为A\B\C\D其中一个。在调用该函数之前,还必须先定义串行口的输入输出缓冲区大小,通常情况下设定为2n-1,否则就采用默认值31,但在编译时会给出警告。该函数的返回值:成功则为1,否则为0。 b读取PC机串行口数据 int serXgetc() /* X = A|B|C|D */ 程序可以调用该函数查询串行口是否有字符来到,如果有,返回该字符值;否则,返回值-1。 c发送数据到PC机串行口 int serXputs( *s ) int serXwrite( s, length ) /* X = A|B|C|D */ 这两个函数均可用于发送字符串给计算机的串行口,返回成功发送的字符数。 s : 待发送字符串的首地址; length : 待发送字符串的长度。 d关闭串行口 void serXclose() /* X = A|B|C|D */ 该函数用于关闭已经打开的串行口。 2、实现以太网与串口之间的通信 a定义网络以及串口初始化数据 在程序的开头,必须使用#define定义一些初 始化数据,比如:RCM2200所使用的本地IP地址以及端口,与之通信的远地IP地址以及端口以及串口输入输出缓冲区的大小等等。 b主程序 在主程序中调用PC机串口发送字符串给RCM2200经过处理后再由RCM2200发送UDP报文给以太网以及RCM2200接收以太网发送来的UDP报文后再送给计算机的串行口两个子程序。 main() { sock_init(); //初始化网络库函数 : //打开串行口及网络套接字 for(;;;) { tcp_tick(NULL);//察看套接字状态 init_comm();//网络发报文串口接收 comm_init();//串口发数据网络接收 } } c网络发报文串口接收 子程序init_comm() 使用库函数udp_recv查询RCM2200以太网接口是否有UDP报文来到,如果没有则返回主程序,否则将UDP报文存放到buf_init数组中,然后调用serCputs(buf_init)通过RCM2200的串行口C发送到计算机的串行口。值得一提的是,当RCM2200接收到了一次报文之后,它将自动关闭接收报文的套接字,因此,如果还想接受下一次发送的报文,必须再次调用函数udp_open打开该套接字。 d串口发字符串网络接收 子程序 comm_init()调用函数serCgetc()用于查询计算机的串行口是否有数据到来,如果没有则返回主程序,否则将接收到的字符存储到buf_comm数组中,直到检测到结束符到来,将字符串以UDP报文的形式通过函数udp_send发送给以
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