高性能嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計

　　現(xiàn)場智能監(jiān)控裝置是構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，采用高端嵌入式技術(shù)實現(xiàn)以太網(wǎng)現(xiàn)場智能裝置開發(fā)是其重要發(fā)展趨勢。本文提出基于嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，詳細闡述了嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控裝置的硬件和軟件的設(shè)計過程，包括32位微處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)、以太網(wǎng)接口單元模塊的實現(xiàn)、uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)分析和移植，uCLinux下驅(qū)動程序的分析和實現(xiàn)、 Socket套接字分析、HTTP協(xié)議分析、嵌入式Web服務(wù)器的實現(xiàn)等。本文設(shè)計了一種以以太網(wǎng)為主體的雙環(huán)冗余高速工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　　嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件

　　嵌入式系統(tǒng)硬件包括微處理器、外圍控制電路、只讀存儲器、可讀寫存儲器和外圍設(shè)備。本文將介紹和分析自主研制的嵌入式以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)裝置，該裝置以53C4510B嵌入式微處理器為核心，采用MAX1422作為12位高速AD轉(zhuǎn)換器，連接RTL82OIBL以太網(wǎng)物理層接口電路，外加 SST39VF160和HY57V641620作FlashROM和SDRAM單元，構(gòu)成基本硬件平臺。

　　圖1 雙環(huán)冗余高速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　RS-232串行通信接口

　　RS-232串行接口電路用于嵌入式微處理器串行模塊與外部串行資源的對等連接，實現(xiàn)LUTTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，本文設(shè)計使用一路RS-232串口電路。圖2為RS-232串行接口電路圖，UART0的數(shù)據(jù)發(fā)送信號UATXD0接MAX3232E的T11，轉(zhuǎn)換成RS- 232-C電平后，由T10接到9芯插頭的RXD引腳。9芯插頭的TXD信號連接到MAX3232E的R11，轉(zhuǎn)換成LVTTL電平后，由R10連接到 UARTO的數(shù)據(jù)接收引腳UARXD0。

　　圖2 RS-232串行接口電路圖

　　存儲單元設(shè)計

　　存儲單元電路由大容量的F1ashROM和SDRAM組成。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的工作方式，系統(tǒng)啟動時首先使用Boot Loader代碼將 FlashROM中的操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序拷貝進SDRAM，并進行存儲器的重定位，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM對應(yīng)的地址執(zhí)行程序。S3C4510B支持8 位/16位/32位的存儲器組，對應(yīng)的可以構(gòu)建8位/16位/32位的F1ashROM存儲器系統(tǒng)。存儲器數(shù)據(jù)總線越寬，系統(tǒng)的性能就越高。但考慮成本和功耗等因素后，設(shè)計采用一片SST39VF160構(gòu)成16位的F1ashROM存儲器系統(tǒng)，內(nèi)存700kB左右大小的uClinux內(nèi)核和其他應(yīng)用程序。參照S3C4510B的工作特性，設(shè)計選用2片HY57 V 641620并聯(lián)構(gòu)建32位的SDRAM存儲器電路，充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力，滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種復(fù)雜應(yīng)用的要求。

　　在基于建立無縫的企業(yè)信息集成的發(fā)展趨勢、32位嵌入式處理器系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相互結(jié)合的先進控制理念下，本文提出的高性能嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案、重點分析并實現(xiàn)了新型嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控裝置的硬件架構(gòu)和嵌入式軟件體系。