基于嵌入式系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器

基于嵌入式系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器

【摘要】為了將遵循不同協(xié)議的設(shè)備接入工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)基于嵌入式系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器將不同格式的信號(hào)轉(zhuǎn)化成所需信號(hào)，使設(shè)備和工業(yè)以太網(wǎng)之間能進(jìn)行快速、透明的通信。通過(guò)加入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)化器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的集成度，取得了經(jīng)濟(jì)效益?！娟P(guān)鍵詞】工業(yè)以太網(wǎng)；嵌入式系統(tǒng)；協(xié)議轉(zhuǎn)換

在大型工業(yè)控制系統(tǒng)，軍事和航天系統(tǒng)，智能家居管理系統(tǒng)等較為復(fù)雜的系統(tǒng)中，許多情況下系統(tǒng)中存在著大量遵循不同協(xié)議的設(shè)備，例如遵循RS232、RS485、UDP、TCP/IP等協(xié)議的設(shè)備共同存在于系統(tǒng)中。多種協(xié)議并存時(shí)，要求系統(tǒng)能識(shí)別不同的協(xié)議信息，通過(guò)控制和處理不同格式的信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常工作，這樣就加大了系統(tǒng)軟件和硬件上的復(fù)雜度，減緩了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。而近幾年隨著以太網(wǎng)的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)日趨成熟。通過(guò)以太網(wǎng)，可以用一條單一網(wǎng)線取代眾多的連接線，系統(tǒng)中的獨(dú)立設(shè)備和獨(dú)立小系統(tǒng)都可以通過(guò)這條網(wǎng)線聯(lián)網(wǎng)。并且系統(tǒng)中一旦建立了以太網(wǎng)連接，在以太網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，數(shù)據(jù)的傳輸，設(shè)備的控制和功能測(cè)試就成為一件非常簡(jiǎn)單的事情。用戶可以通過(guò)終端計(jì)算機(jī)上的可視化窗口，通過(guò)以太網(wǎng)快速簡(jiǎn)單的控制整個(gè)系統(tǒng)，用戶還能夠完全訪問計(jì)量數(shù)據(jù)、診斷值，配置參數(shù)和查看故障信息等，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享。它在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工程中還具有的優(yōu)勢(shì)就是傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，能節(jié)省大量的勞動(dòng)力和材料成本等。

以太網(wǎng)獲取遵循不同協(xié)議的信息時(shí)，必須把其他格式的信息轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)能識(shí)別的協(xié)議格式提供給終端計(jì)算機(jī)，同時(shí)系統(tǒng)還需要把以太網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換成各種設(shè)備所能識(shí)別的信息格式。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各部分的獨(dú)立性，我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊完成此項(xiàng)工作，即利用協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將系統(tǒng)中不同設(shè)備或是小系統(tǒng)獲取的信息快速轉(zhuǎn)換為所要求的信號(hào)形式，即遵循相應(yīng)的協(xié)議、格式，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，同時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的控制信息也可以轉(zhuǎn)化成相應(yīng)格式的信息傳送給設(shè)備。市場(chǎng)上現(xiàn)有的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊很少，而且大部分基于單片機(jī)系統(tǒng)，處理能力有限，速度慢。在唐山華強(qiáng)鋼鐵公司軋鋼車間的設(shè)備改造中，我們通過(guò)基于嵌入式處理器S3C4510B的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將現(xiàn)場(chǎng)的3路RS485信號(hào)，1路RS232信號(hào)，1路IIC信號(hào)，9路I/O信號(hào)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，同時(shí)，將計(jì)算機(jī)傳來(lái)的以太網(wǎng)信息轉(zhuǎn)化成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的信號(hào)，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這樣就在終端計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間建立起了直接的、透明的、簡(jiǎn)單的聯(lián)系。

考慮到轉(zhuǎn)換速度，信息流量、設(shè)計(jì)難度等因素，我們采用了嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。主處理器選用三星公司的S3C4510B，S3C4510B是一款優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器，內(nèi)含一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)16/32位ARM7TDMI?RISC處理器核，主頻可達(dá)50MHz。ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，最適合用于對(duì)價(jià)格及功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。S3C4510B內(nèi)嵌一個(gè)以太網(wǎng)控制器，可在半雙工或全雙工模式下提供10M/100Mbps的以太網(wǎng)接入。他的外圍功能模塊還包括：2個(gè)UART通道，2個(gè)GDMA通道，18個(gè)可編程I/O口，IIC接口，片內(nèi)帶有SDRAM控制器和Flash控制器。特別適用于嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用的集成系統(tǒng)。

系統(tǒng)中的電源電路、晶體振蕩器電路、復(fù)位電路和JTAG接口電路組成了S3C4510B的基本系統(tǒng)，保證微處理器可靠的工作。在系統(tǒng)的電源電路中，S3C4510B及部分外圍器件需3.3V電源，另外一部分器件需要5V電源，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的輸入電壓為5V直流穩(wěn)壓電源。選用LinearTechnology公司生產(chǎn)的LT1085CT－3.3型DC－DC變換器，得到3.3V輸出電壓。在系統(tǒng)中使用了有源晶體振蕩器，根據(jù)S3C4510B的最高工作頻率及PLL電路的工作方式，選擇10MHz的有源晶體振蕩器，其頻率經(jīng)過(guò)S3C4510B內(nèi)部PLL電路倍頻后，達(dá)到50MHz。選用IMP公司生產(chǎn)的IMP708TCSA型復(fù)位電路，它具有1個(gè)手動(dòng)復(fù)位輸入引腳和2個(gè)復(fù)位輸出引腳（高電平有效引腳和低電平有效引腳各1個(gè)），能實(shí)現(xiàn)電路的有效復(fù)位。采用14針的JTAG接口用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。

作為程序存儲(chǔ)器的Flash芯片中要保存Bootloader程序，Linux內(nèi)核，文件系統(tǒng)，協(xié)議轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序和一定數(shù)量的記錄信息，結(jié)合成本因素和升級(jí)考慮，采用16MB的Flash存儲(chǔ)芯片（K9F2816UOC，16MB，16位，Samsu