CN103078895A - 一种基于mcf52233芯片的工业以太网多功能双串口服务器 - Google Patents
一种基于mcf52233芯片的工业以太网多功能双串口服务器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，包括有以MCF52233微控制器为核心的硬件系统，MCF52233微控制器外接电源模块、有源晶振模块、复位功能模块、接口模块、IO模块、指示模块，接口模块包括有RS232接口或RS485接口和以太网口，MCF52233微控制器的内部存储器里通过软件编程高效算法烧写有系统配置；MCF52233微控制器内嵌入有RTOS内核，MCF52233微控制器内构建有ColdFireTCP/IP开源协议栈，MCF52233微控制器内还包括有软件系统，软件系统包括有串口数据接收与发送模块、网口数据接收与发送模块、参数接收与配置模块、固件升级指令接收与执行模块、AD/IO数据采集模块；本发明可用于计算机组成的分布式数据采集和控制系统中，解决上位机以太网口和串口设备协议转换、远程通信和控制问题。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集传输及通信领域，确切的说是一种基于MCF52233芯片的工业以太网的多功能双串口服务器。
背景技术
串口服务器就是串口连接到网络的接口转化设备，串口一般包括RS-232/485/422，网络协议也指TCP/IP 协议，所以串口服务器也可以称为 RS-232/485/422数据形式与TCP/IP形式数据相互转发通信接口转化器。随着网络和现代信息技术的发展，在自动控制应用需要对分布于世界各地的设备进行远距离监控，在本身已经有完整的网络布线，为实现设备之间的通信将串口转化为网口的串口服务器就应运而生了。
目前在工业系统的数据采集系统中，对于远程的数据传输的实时性、精确性要求越来越高。如今各种工业控制系统的串口服务器虽然在数据采集功能、数据远程传输、通信速率方面满足了实际需求。然而随着各种芯片技术的发展以及半导体集成度高技术的出现，以往的串口服务器的缺陷逐渐显现出来，其主要问题主要表现在：其一，数据采集及转发速率低，且误码率高，无法满足稳定性、实时性的要求，其二，以太网控制芯片的相关开发复杂，且成本高，使用不方便，其三，设备功能单一且不易于扩展。
发明内容
本发明的目的在于提供实现双通道采集传输、多路开关量的输入输出、成本低、操作方便的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器。
为实现上述目的，本发明采用了以下方案：
一种基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：包括有硬件系统，所述的硬件系统以MCF52233微控制器（1）为核心，MCF52233微控制器外接电源模块（2）、有源晶振模块（3）、复位功能模块（4）、接口模块、IO模块（11）、指示模块，所述的指示模块包括有网络指示模块（5）、串口指示模块（6）和IO指示模块（7），接口模块包括有RS232接口或RS485接口（8）和以太网口（9），MCF52233微控制器的内部存储器里通过软件编程高效算法烧写有系统配置（10）；所述的MCF52233微控制器内嵌入有RTOS内核，MCF52233微控制器内构建有ColdFire TCP/IP开源协议栈，MCF52233微控制器内还包括有软件系统，软件系统包括有串口数据接收与发送模块、网口数据接收与发送模块、参数接收与配置模块、固件升级指令接收与执行模块、AD/IO数据采集模块；RS232接口或RS485接口（8）采集到串口数据时，首先判断串口发送是否空闲，如果是则将SOCKET接收队列中的数据取出送到串口发送缓冲区，然后激发串口发送中断将数据从串口发送出去，再判断串口接收缓冲区是否有足够的数据或者没有新数据时，就将串口接收缓冲区数据送入发送缓冲区，再调用网络发送函数将数据发送到网络；以太网口（9）从网络接收到一个数据包时，产生FEC接收中断，由网口中断服务程序fec_isr()通过调用input_ippkt()接收这个数据包，首先确定是网络接收中断并且接收不是坏帧，再按帧的长度分配数据包，当大于200字节时分配大数据包，否则分配小数据包，并将这个数据包放入数据包接收队列rcvdq中，从接收队列中取出以太帧的首部信息，不同协议的数据包进行相应的处理，如果是ARP数据包，则调用arprcv()函数处理；如果是IP数据包，则调用ip_rcv()函数处理，对于IP数据包，则又分三种情况处理，如果是UDP数据包，调用UDP接收函数处理，如果是ICMP数据包，处理后立即返回信息，对于TCP数据包，根据端口放入相应的SOCKET接收队列中，等待后台主程序进行处理。
所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的电源模块（2）产生3.3V电压为MCF52233微控制器的芯片供电。
所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的MCF52233微控制器包括MCF52233微控制芯片和MAX232、MAX485协议转换芯片，MCF52233微控制芯片集成了10M/100M快速以太网控制器和以太网物理层模块负责与外部采集终端通讯，所述MAX232、MAX48协议转换5芯片通过RS232接口或RS485接口（8）与外部采集终端（13）相连。
所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的MCF52233微控制芯片采用 TCP/IP协议与远程数据处理中心（12）进行通信传输。
本发明的优点在于：
本发明集成功能全面，具有高效的串口缓冲机制和自适应的数据打包策略，新型的安全可靠的远程固件升级方案，采用高效的软件滤波算法，实现高精度的网口与串口数据采集并通过软件系统进行处理后发送，大量应用在生产生活的各个领域，需要进行远程串口、网口信号，数字信号传输的地方。
附图说明
图1是本发明结构简图。
图2是本发明应用示意图。
图3为本发明软件系统的模块图。
图4为本发明串口发送和接收流程图。
图5为本发明网络数据包接收流程图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所示，一种基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，包括有硬件系统，所述的硬件系统以MCF52233微控制器1为核心，MCF52233微控制器外接电源模块2、有源晶振模块3、复位功能模块4、接口模块、IO模块11、指示模块，所述的指示模块包括有网络指示模块5、串口指示模块6和IO指示模块7，接口模块包括有RS232接口或RS485接口8和以太网口9，MCF52233微控制器的内部存储器里通过软件编程高效算法烧写有系统配置10；所述MCF52233微控制器内嵌入有RTOS内核，MCF52233微控制器内构建有ColdFire TCP/IP开源协议栈，MCF52233微控制器内还包括有软件系统，软件系统包括有串口数据接收与发送模块、网口数据接收与发送模块、参数接收与配置模块、固件升级指令接收与执行模块、AD/IO数据采集模块；RS232接口或RS485接口8采集到串口数据时，首先判断串口发送是否空闲，如果是则将SOCKET接收队列中的数据取出送到串口发送缓冲区，然后激发串口发送中断将数据从串口发送出去，再判断串口接收缓冲区是否有足够的数据或者没有新数据时，就将串口接收缓冲区数据送入发送缓冲区，再调用网络发送函数将数据发送到网络；以太网口9从网络接收到一个数据包时，产生FEC接收中断，由网口中断服务程序fec_isr()通过调用input_ippkt()接收这个数据包，首先确定是网络接收中断并且接收不是坏帧，再按帧的长度分配数据包，当大于200字节时分配大数据包，否则分配小数据包，并将这个数据包放入数据包接收队列rcvdq中，从接收队列中取出以太帧的首部信息，不同协议的数据包进行相应的处理，如果是ARP数据包，则调用arprcv()函数处理；如果是IP数据包，则调用ip_rcv()函数处理，对于IP数据包，则又分三种情况处理，如果是UDP数据包，调用UDP接收函数处理，如果是ICMP数据包，处理后立即返回信息，对于TCP数据包，根据端口放入相应的SOCKET接收队列中，等待后台主程序进行处理。
电源模块2产生3.3V电压为MCF52233微控制器的芯片供电。
MCF52233微控制器包括MCF52233微控制芯片和MAX232、MAX485协议转换芯片，MCF52233微控制芯片集成了10M/100M快速以太网控制器和以太网物理层模块负责与外部采集终端通讯，所述MAX232、MAX48协议转换5芯片通过RS232接口或RS485接口8与外部采集终端13相连。MCF52233微控制芯片采用 TCP/IP协议与远程数据处理中心12进行通信传输。
根据功能选择以及传输数据的稳定性选择相对应的芯片，也可以通过软件设置选择相关的协议芯片，也可以同时支持两种协议的芯片传输。本发明有效地对所有网络控制服务端进行数据监听及解析，一旦捕捉到TCP/IP数据包后，经MCF52233芯片内部寻址，查找当前的固定服务端口号10001和10002，按照已经编排好的服务端口号和串口号之间的对应的关系，找到与之对应的串口号，将数据发往该串口上。同时也能从串口上来的数据，进行TCP/IP的打包处理，传至远程数据处理中心。从IO口上来的数据，查找当前的固定服务端口100003，通过MCF52233的处理，传至远程数据处理中心。
Claims (4)
1.一种基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：包括有硬件系统，所述的硬件系统以MCF52233微控制器（1）为核心，MCF52233微控制器外接电源模块（2）、有源晶振模块（3）、复位功能模块（4）、接口模块、IO模块（11）、指示模块，所述的指示模块包括有网络指示模块（5）、串口指示模块（6）和IO指示模块（7），接口模块包括有RS232接口或RS485接口（8）和以太网口（9），MCF52233微控制器的内部存储器里通过软件编程高效算法烧写有系统配置（10）；所述的MCF52233微控制器内嵌入有RTOS内核，MCF52233微控制器内构建有ColdFire TCP/IP开源协议栈，MCF52233微控制器内还包括有软件系统，软件系统包括有串口数据接收与发送模块、网口数据接收与发送模块、参数接收与配置模块、固件升级指令接收与执行模块、AD/IO数据采集模块；RS232接口或RS485接口（8）采集到串口数据时，首先判断串口发送是否空闲，如果是则将SOCKET接收队列中的数据取出送到串口发送缓冲区，然后激发串口发送中断将数据从串口发送出去，再判断串口接收缓冲区是否有足够的数据或者没有新数据时，就将串口接收缓冲区数据送入发送缓冲区，再调用网络发送函数将数据发送到网络；以太网口（9）从网络接收到一个数据包时，产生FEC接收中断，由网口中断服务程序fec_isr()通过调用input_ippkt()接收这个数据包，首先确定是网络接收中断并且接收不是坏帧，再按帧的长度分配数据包，当大于200字节时分配大数据包，否则分配小数据包，并将这个数据包放入数据包接收队列rcvdq中，从接收队列中取出以太帧的首部信息，不同协议的数据包进行相应的处理，如果是ARP数据包，则调用arprcv()函数处理；如果是IP数据包，则调用ip_rcv()函数处理，对于IP数据包，则又分三种情况处理，如果是UDP数据包，调用UDP接收函数处理，如果是ICMP数据包，处理后立即返回信息，对于TCP数据包，根据端口放入相应的SOCKET接收队列中，等待后台主程序进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的电源模块（2）产生3.3V电压为MCF52233微控制器的芯片供电。
3.根据权利要求1所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的MCF52233微控制器包括MCF52233微控制芯片和MAX232、MAX485协议转换芯片，MCF52233微控制芯片集成了10M/100M快速以太网控制器和以太网物理层模块负责与外部采集终端通讯，所述MAX232、MAX48协议转换5芯片通过RS232接口或RS485接口（8）与外部采集终端（13）相连。
4.根据权利要求1或3所述的基于MCF52233的工业以太网多功能双串口服务器，其特征在于：所述的MCF52233微控制芯片采用 TCP/IP协议与远程数据处理中心（12）进行通信传输。
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