１前言 　　

以太網作為目前應用最為廣泛的局域網技術，在工業自動化和過程控制領域得到了越來越的應用。傳統的控制系統在信息層大都采用以太網，而在控制層和設備層一般采用不同的現場總線或其他專用網絡。目前，隨著工業以太網技術的發展，以太網已經滲透到了控制層和設備層。基于以太網的控制網絡最典型的應用形式是Ｅｔｈｅｒｎｅｔ＋ＩＣＰ／ＩＰ，它的底層是Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，網絡層和傳輸層采用國際公認的標準ＴＣＰ／ＩＰ．然而大量的工業現場設備，如數控機床、機械手等設備，這些設備最常用的通訊方式為ＲＳ－２３２／４８５／４２２串行接口，不具備網絡接口，以至無法直接接到以太網。

隨著半導體產業和集成電路技術的發展，以微控制器／微處理為硬件核心的嵌入式系統得到迅速發展，并在無線通訊、網絡設備、工業控制等領域得到廣泛應用。本文選用基于ＡＲＭ９和ａｒｍｌｉｎｕｘ開發嵌入式網絡接口控制器，實現串行口數據與以太網數據的相互轉換，通過這種方式，可以使傳統串口設備成為具有網絡接口的設備，直接接入工業以太網。

２嵌入式網絡接口控制器工作原理 　　

嵌入式網絡接口器選用ＤＭ９０００Ｅ芯片作以太網控制器，來完成與上級以太網的數據交換，采用３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０和嵌入式Ｌｉｎｕｘ進行協議實現和數據處理，然后將處理過的數據下傳給底層設備終端；把從底層終端設備接收的數據，進行數據處理和協議實現，通過ＤＭ９００Ｅ傳輸到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上。工作原理如１所示 　　

３　嵌入式網絡接口控制器硬件平臺 　　

嵌入式網絡接口控制器硬件平臺的整體連接框圖如圖　２　所示。本文選用基于ＡＲＭ９內核ＡＲＭ９ＴＤＭＩ的３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０作為主控芯片。Ｓ３Ｃ２４１０處理器是Ｓａｍｓｕｎｇ公司基于ＡＲＭ公司的ＡＲＭ９２０Ｔ處理器核，采用０．１８ｕｍ制造工藝的３２位微控制器。該處理器擁有：獨立的１６ＫＢ指令Ｃａｃｈｅ和１６ＫＢ數據Ｃａｃｈｅ，ＭＭＵ，支持ＴＦＴ的ＬＣＤ控制器，ＮＡＮＤ閃存控制器，３路ＵＡＲＴ，４路ＤＭＡ，４路帶ＰＷＭ的Ｔｉｍｅｒ　，Ｉ／Ｏ口，ＲＴＣ，８路１０位ＡＤＣ，Ｔｏｕｃｈ　Ｓｃｒｅｅｎ接口，ＩＩＣ－ＢＵＳ　接口，ＩＩＳ－ＢＵＳ　接口，２個ＵＳＢ主機，１個ＵＳＢ設備，ＳＤ主機和ＭＭＣ接口，２路ＳＰＩ。Ｓ３Ｃ２４１０處理器最高可運行在２０３ＭＨｚ。本系統的ＦＬＡＳＨ存儲器選ＩＮＴＥＬ公司的２８Ｆ１２８，ＳＤＲＡＭ芯片選用兩片ＨＹ５７Ｖ５６１６２０構成３２位的存儲器系統． 　　以太網控制器芯片選擇ＤＭ９０００，它是完全綜合的、成本較低的單一快速，具有通用的處理器接口，１０／１００Ｍ自適應，以及４Ｋ雙字節靜態存取存儲器。它被設計為低功耗、高處理性能，支持３．３Ｖ到５Ｖ的容差。ＤＭ９０００提供一個ＭＩＩ接口來連接ＨＰＮＡ設備或者其他支持ＭＩＩ接口的收發器，并支持８位、１６位、３２位的接口來適應不同的處理器對內部存儲器的訪問，它支持ＩＥＥＥ８０２．３ｕ規格，還支持ＩＥＥＥ　８０２．３ｘ全雙工流控制。在ＤＭ９０００和ＲＪ４５接口之間需要用漢仁電子有限公司的網絡隔離變壓器ＨＲ６０１６２７來連接，網絡隔離變壓器起信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、雜波抑制以及高電壓隔離等作用，以保護系統的安全。

 　　圖１嵌入式網絡接口控制器工作原理

圖　２嵌入式網絡接口控制器硬件框 　　

４　嵌入式操作系統的選擇 　　

本系統的設計，網卡驅動和ＴＣＰ／ＩＰ協議的實現是重點，選擇嵌入式Ｌｉｎｕｘ，它已經嵌入了ＴＣＰ／ＩＰ協議棧，使ＴＣＰ／ＩＰ協議得以實現。嵌入式Ｌｉｎｕｘ系統支持多種類型的網卡如各種ｌＯＭ／ｌＯＯＭ，１０００Ｍ　的Ｅｔｈｅｍｅｔ網卡等。對于　ＤＭ９０００Ｅ以太網控制器，嵌入式Ｌｉｎｕｘ已經提供了很好的支持，移植過程中只需要修改源代碼和配置相應模塊即可實現對網絡的支持。

５以太網數據與串口數據轉換實現 　　

本文開發的接口控制器主要完成兩個功能，即將串口接收到的數據通過網卡發送至以太網，將網卡接收到的數據通過串口發送至另一串口端。工作模式上可以選擇為服務器或客戶端模式，數據傳輸協議可以選擇為ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，傳輸控制協議）方式或ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ　Ｄａｔａｇｒａｍ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，用戶數據報協議）方式。其中ＴＣＰ和ＵＤＰ是以太網數據的兩種傳輸協議，ＴＣＰ是基于連接的協議，在正式收發數據前，必須和對方建立可靠的連接，而ＵＤＰ是面向非連接的數據直接傳輸協議，不需要對方的回答確認。

５．１應用程序的開發環境和網絡編程 　　

由于嵌人式系統程序的開發和執行是在ＰＣ和ＡＲＭ　兩個不同的平臺上進行的，因此需要進行交叉編譯和連接。用串口和以太網將宿主機和目標板連接起來，程序開發在ＲｅｄＨａｔ９．０　Ｌｉｎｕｘ操作系統下編輯，調試通過后，加入自己開發的程序重新編譯ａｒｍｌｉｎｕｘ內核，并將編譯好的二進制文件固化到開發板的ＲＯＭ中，使其開機后自動運行。

ＴＣＰ／ＩＰ處理模塊采用ＳＯＣＫＥＴ套接字編程實現。ＳＯＣＫＥＴ最早是在ＵＮＩＸ系統上為ＴＣＰ／ＩＰ網絡通信而開發的一個接口程序，后來被成功移植到ＤＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ等操作系統上，成為Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上網絡開發最為通用的ＡＰＩ函數。用于網絡開發的ＳＯＣＫＥＴ主要有Ｓｔｒｅａｍ　Ｓｏｃｋｅｔｓ（流格式）和Ｄａｔａｇｒａｍ　Ｓｏｃｋｅｔｓ（數據報格式）兩種類型，流格式Ｓｏｃｋｅｔ與ＴＣＰ協議對應，數據報格式Ｓｏｃｋｅｔ與ＵＤＰ協議對應。

５．２　軟件設計 　　

本系統采用工作模式ＴＣＰ　Ｓｅｒｖｅｒ服務器，等待客戶端請求連接，實現數據傳輸功能。本程序的流程圖如圖３所示。首先，打開串口，在Ｌｉｎｕｘ下打開串口是通過標準的文件打開函數

　圖３　功能實現流程圖

圖４　以太網數據通過串口發送

圖５　串口數據通過網卡發送 　　

操作，程序代碼如下： 　　ｉｎｔ　ｆｄ； 　　ｆｄ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｔｔｙＳ０”，Ｏ＿ＲＤＷＲ）； 　　ｉｆ（ｆｄ＝＝－１）　｛ｐｅｒｒｏｒ（“提示錯誤！”）；｝ 　　然后設置串口的波特率、校驗位和停止位。要用網卡接收發送數據，就要首先創建套接字，程序代碼如下： 　　ｉｎｔ　ｓｏｃｋ＿ｆｄ； 　　ｓｏｃｋ＿ｆｄ＝ｓｏｃｋｅｔ（ＡＦ＿ＩＮＥＴ，ＳＯＣＫ＿ＳＴＲＥＡＭ，Ｏ） 　　ｉｆ（ｓｏｃｋ＿ｆｄ＝＝－１） 　　｛ｐｅｒｒｏｒ（“ｓｏｃｋｅｔ”）； 　　ｅｘｉｔ（１）；｝ 　　然后設置屬性，然后等待客戶端的連接，一旦建立連接，就可以實現數據的接收和傳送。

數據處理在整個程序中是十分關鍵的一環，該環節中實現的是在網絡數據和串口數據之間的相互交換，根據實際需要也可以將網絡數據轉換成并行數據或者其他類型接口的數據；這里網絡和串口數據交互處理分成兩部分，一部份是網絡數據轉變成串口數據，另一部份是串口數據發送到網絡上，其流程圖如圖４、５所示。為了充分利用系統資源，在數據處理程序中調用ｓｅｌｅｃｔ（）函數。Ｓｅｌｅｃｔ函數原型為：ｉｎｔ　ｓｅｌｅｃｔ（ｉｎｔ　ｎｕｍｆｄｓ，ｆｄ＿ｓｅｔ　＊ｒｅａｄｆｄｓ，ｆｄ＿ｓｅｔ　＊ｗｒｉｔｅｓｅｔ，ｆｄ＿ｓｅｔ　＊ｅｘｃｅｐｔｓｅｔ，ｃｏｎｓｔ　ｓｔｒｕｃｔ　ｔｉｍｅｖａｌ　＊ｔｉｍｅｏｕｔ）； 　　返回：準備好的文件描述符個數（可以是０），－１表示出錯。

６結束語 　　

本文作者創新點：本文采用性價比高的３２位微處理器ｓ３ｃ２４１０作為主控芯片，移植了源代碼開放的Ｌｉｎｕｘ，它易于實現了ＴＣＰ／ＩＰ處理模塊，這樣大大縮短了產品開發周期，并有利于提高了串口數據和以太網數據的轉換速率，提高數據傳輸的實時性，使傳統串口設備方便接入以太網，為以太網在控制層和設備層的應用奠定了基礎。