基于ARM9 的嵌入式多串口服務器設計

3.1 在Linux 系統(tǒng)中對串口的操作

UART 的操作主要有： 數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、產(chǎn)生中斷、設置波特率、loopback 模式、紅外模式和硬/軟流控模式7 部分。在Linux 中，所有設備文件一般都位于“/dev”下，其中串口對應的設備為“/dev /ttySx”,在Linux 下對設備的操作方法與對文件的操作方法一樣。下面就是設計中串口應用的開發(fā)步驟。

串口設置主要設置struct termios 結構體成員，具體的串口操作函數(shù)此處略去，串口操作流程如圖6 所示。

3.2 Linux 網(wǎng)絡套接字編程步驟

在Linux 中的網(wǎng)絡編程通過socket 接口進行。socket 是一種特殊的IO 接口，也是一種文件描述符，它是一種常用的進程之間的通信機制，通過它不僅能實現(xiàn)本地機器上進程間的通信，而且通過網(wǎng)絡能夠在不同機器上的進程間進行通信。

嵌入式串口服務器系統(tǒng)網(wǎng)絡套接字編程步驟如圖7 所示。

系統(tǒng)上電后，嵌入式服務器進入Linux 系統(tǒng)并自動運行裝載在其內(nèi)的server 程序。作為服務器， server 程序在開始運行時就為每一個打開的串口創(chuàng)建recvpcwritearm 和readarmsendpc 線程，并在網(wǎng)絡連接正常以及客戶端沒有執(zhí)行關閉串口的操作時，每一個已打開串口對應的兩個線程將不會結束，這樣在系統(tǒng)滿負荷運行時，系統(tǒng)將同時開啟4 個線程。嵌入式串口服務器主程序流程如圖8 所示，主函數(shù)實現(xiàn)套接字的初始化工作，建立兩路監(jiān)聽套接字，分別初始化線程recvpcwritearmsocket[3000 + com]套接字和readarmsendpc socket[4000 + com]套接字com 為串行端口號。一旦接收到客戶端的連接請求，判斷客戶端請求的方式后，啟用相應的進程函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理。

4 試驗

4.1 數(shù)據(jù)上行測試

數(shù)據(jù)上行測試指串口設備發(fā)送信息到嵌入式串口服務器，通過嵌入式串口服務器將數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)口傳輸出去。考慮實際使用過程中上行數(shù)據(jù)量較大，為了模擬工業(yè)現(xiàn)場接收大量的數(shù)據(jù)，以“1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwsyz”構成的數(shù)據(jù)包進行模擬。

測試方法為每秒鐘連續(xù)不斷地發(fā)送“1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwsyz”,使之構成100KByte 的數(shù)據(jù)包，觀察客戶端程序能否正常收到這個數(shù)據(jù)包。試驗測試結果如圖9 所示，當從“終端串口設備”向上位機發(fā)送100KByte 數(shù)據(jù)時，在客戶端一側正常收到了這些數(shù)據(jù)，并且沒有丟失現(xiàn)象。

4.2 數(shù)據(jù)下行測試

數(shù)據(jù)下行測試指通過工控機上的以太網(wǎng)口發(fā)送數(shù)據(jù)給串口服務器，串口服務器接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀并進行格式轉換，同時判斷發(fā)往指定的串口設備。在實際使用過程中，上位機發(fā)送到串行終端設備的數(shù)據(jù)量較小，這些數(shù)據(jù)一般都是由操作人員輸入的數(shù)據(jù)，因此可以用單個數(shù)據(jù)流“1234567890abcDefghijklmnopqrstuvwxyz”進行測試。

測試方法是利用運行在PC 機上的客戶端程序每秒鐘發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流，觀察另一臺PC 機上串口調(diào)試助手是否正常接收到數(shù)據(jù)。試驗測試結果如圖10 所示，當客戶端程序發(fā)送數(shù)據(jù)時，在終端串口設備上得到同樣的數(shù)據(jù)流。

5 結束語

筆者利用完全開源的Linux 操作系統(tǒng)，將其移植、裁剪后設計嵌入式串口服務器系統(tǒng)，選用非常適用于通信產(chǎn)品中的ARM9 內(nèi)核的S3C2440A 微處理器和DM9000AEP 芯片擴展了100MByte 自適應以太網(wǎng)口，完成了硬件平臺設計; 然后用多線程網(wǎng)絡套接字編寫串口服務器程序，完成多串口服務器的軟件設計。最后用試驗證實了多串口服務器能夠很好地完成串口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)口數(shù)據(jù)的雙向傳輸，成功地將現(xiàn)有的串行通信設備接入以太網(wǎng)，利用網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸與遠程監(jiān)控功能，實時監(jiān)控設備的運行狀態(tài)。降低了設備的維修費用，縮短了開發(fā)周期。該產(chǎn)品基于開放標準設計，易于升級與維護，具有廣闊的應用前景。