基于嵌入式技术的多串口数据传输系统研究

摘要：串口数据传输技术已经成为工业测控领域的设备范围内有效性最高的一种数据传输形式，然而其本身仍具有一定的局限性，从而限制了数据传输系统的实行速率。使用LPC2210型号的32位微型控制处理器、GM8125型号的串口通信扩展芯片与μC/OS-II移植性的实时操作系统，把嵌入式技术作为串行终端通信设备和以太网两个部分之间实现数据双向传输的基础条件，设计一种综合程度较高的多串口数据传输系统。

关键词：嵌入式系统 以太网 多串口 数据传输

中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）06-0268-02

1引言

由于串行通信的数据传输速度慢、间隔小与可靠性弱等方面的不足，串行通信设备和控制主机之间存在着数据通信传输与操作管理问题，从而会对自动化执行与工业控制等方面的上升发展产生阻碍作用。以性价比与实践角度作为实际考虑点，构建了以32位微型控制处理器LPC2210和实时操作系统μC/OS-II为基础的嵌入式技术多串口数据传输系统。这系统能够充分地解决三个方面的问题。其一为经过GM8125串口通信扩展芯片改善单串口模式数据传输系统的限制影响，可以达到多串口数据传输的目标功能；其二为RTL8019AS型号网卡控制芯片和微型处理器LPC2210的功能性结合，有利于优化微型处理器的资源消耗率；其三为能够有效地提升数据传输效率，达到硬件通信设备的联网实现。

2系统的功能架构

嵌入式系统是连接串行数据通信终端设备和以太网两部分而实现数据传输的基础条件，由串口能够接收到从串行数据通信终端设备传来的数据，而且可以对数据实现TCP/IP协议的转变功能，最后进入到INTENET中传送至相应的上位机软件。在实际数据传输系统的执行过程当中，不但需要进行串行通信终端设备的数据采集功能，而且可以实现数据通信的自由控制。数据通信的转换和传输技术作为系统的关键环节，进行串行通信终端设备数据和通信网络数据格式的判断与转变操作，实现数据双向传输的直接目的。

3系统的硬件设计

实际系统构建的嵌入式技术多串口数据传输系统的硬件操作平台应当包含串口通信扩展、微型控制处理器LPC2210、网卡控制芯片RTL8019AS与RS232转换器等各个部分，同时RS232需要进行电平转换并使用3V的SP3232E作为工作电源芯片，具体的系统硬件原理如图1所示。微型控制器LPC2210作为嵌入式系统的关键环节，是以一个能够支持实时仿真与嵌入式跟踪功能32位的ARM7 TDMI-S CPU的微型控制处理器，在60MHz的工作频率状态下执行，具有独特的外部存储器功能接口经过相应的配置让各组存储器的实际容量达到16KB，串行模式的Boot转载程序经过串口可以把应用程序加载到器件的RAM结构中而且保证可以在RAM结构中执行。

其主要达到5个功能的实现目的。

⑴搭建数据通信链路。

⑵进行IP数据包的接收、发送、压缩和解压等操作。

⑶实现数据格式的判断与转换处理。

⑷分析及处理数据与优化数据传输效率。

⑸子串口结构判断。

因为LPC2210微型控制处理器原本配置了两个具有工业标准规范的串口结构，不能够满足于系统实际的多串口形式要求，因此应当对原本的标准通信串口实现扩展处理。

串口通信扩展的主要方法主要有以下几种类型。

⑴软件模拟方式。其相应的优势在于I/O口的实际占用情况少，具有成本较低与易于实现等特点，相应的不足为不能优化多串口数据传输系统在运行过程中的可靠性能与串口通信形式。

⑵以并行口实现串行口的扩展。这种形式的功能较强，可以提供MODEM的通信控制信号使得数据传输效率提升，然而实际的控制过程显得相对比较复杂，消耗微型控制处理器I/O资源过多进而会导致不必要的资源耗费。

⑶以串口实现串口的扩展。这种方法的控制过程显得简易而处理方便，需要使用控制线较少，系统的资源占用率较低，实际使用范围较广，数据传输效果可靠性高。

4系统的软件设计

4.1串口通信扩展驱动程序

串口通信扩展驱动程序应当包含了GM8125初始化、串口波特率设定、数据帧格式选定与工作模式的设置等各种处理，其主要的功能是让扩展得到的10个串口和微型控制处理器LPC2210原本配置的串口达到兼容的目的。通信串口在实际数据信号接收与发送的过程中会因触发而产生串口中断，然而相应的数据信息会首先存放至buffer的缓冲区域中，进而能够被读取出来。通信串口的中断命令应当包含发送中断、接收中断与错误中断等各方面的形式。通信串口的数据信息会被压缩成为以太网帧形式而发送到需要的网口端，然而以太网的数据信息只有经过解压处理后才能够根据上位机软件的操作指令把数据准确地发送至串行通信终端设备中。

4.2移植μC/OS-II操作系统

μC/OS-II操作系统具有源代码公开、可移植较强、可固化性较好、可裁剪较优与可确定性较高等多种特点，能够在很大程度上节省实际系统的开发成本，其很大部分的源代码是根据ANSIC的规范编写。使用μC/OS-II操作系统的优势在于能够使前台与后台的系统设计工作变得简易并且同时性能效果不会受到相应的影响。各个需要实现的具体功能可以被μC/OS-II操作系统定义为一项相互独立的事件任务，各个具体任务的优先级次序能够依据其所占有的CPU来实现，其相应的数据信息传输功能都可以由信号量、消息列队与邮箱等形式实现的，这样不但可以确保系统数据传输的实时性与及时性，而且在一定程度上可以简化系统本身的难度。

μC/OS-II操作系统的移植操作分成三个主要部分实现的。

⑴核心代码。这是和微型处理控制器的选取没有直接关系的。直接进行移植操作而不需要通过裁剪的处理，包含C语言程序的相应文件。

⑵配置代码。这是和本系统的操作应用有关系的。需要实行配置与裁剪OS_CFG.h文件部分中功能与数据结构的相应操作代码。

⑶移植代码。这是和LPC2210的模式功能结构有关系的。可以便于将OS_CPU.h文件部分中的数据类型定义成为整数类型，定义软式中断函数OS_EXIT_CRITICAL（ ）与OS_EXTER_CRITICAL（ ）作为中断开关的操作实现，定义软中断代码OS_TASK_SW（ ）作为底层函数之间的任务切换与调用操作标准，并且能够实现用户使用模式与系统控制模式的自由双向切换。

μC/OS-II操作系统在实际使用过程中应当关注两个方面的问题。

⑴μC/OS-II操作系统不能够支持时间片轮转法的操作执行模式。其是作为每一个具体线程都应当具有一定程度的优先级次序。优先级别高的线程优先实现执行操作，如果CPU执行操作完成后应当交出相应的控制使用权，优先级别低的线程进而可以运行。

⑵因为μC/OS-II的内存管理模式存在不完善之处，原本定义好的全局数组构建于内存分区与栈空间会使得系统的执行效果显得十分简单然而灵活性会受到限制。然而操作应用程序的实际映像中数据段存放的未初始化阶段全局变量是编译器对于全局数组设置的默认模式。在实际使用过程当中，相对固定的数组大小不可以发生任意的变化。在栈空间中关于数组定义过大会导致内存资源的浪费现象，数组定义过小会导致任务栈发生溢出现象从而使得系统直接发生崩溃。

5结束语

LPC2210是ARM公司开发的一款性能很高的微型控制处理器，能够充分结合RTL8019AS型号的网卡芯片、GM8125型号的串口通信扩展芯片与μC/OS-II操作系统实行嵌入式技术实现，构建出嵌入式技术的多串口数据传输系统。同时使用目前阶段流行应用的TCP/IP协议来实现串行通信设备数据传输功能，最后实现出10个串行通信终端设备至以太网的数据转换与双向传输功能与上位机软件对串行通信终端设备实行远程监控与联网操作处理目的。此系统的设计体现了操作简单与应用灵活的特点，证明嵌入式系统能够在工业领域实现以太网的广泛应用，具有较高的实用价值。

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