基于VxWorks和MPC860T平臺(tái)的嵌入式串口通信服務(wù)器的解決方案

1.引言
隨著IP技術(shù)的迅速發(fā)展，“Everything over IP”的觀念已深入人心。如何有效的將物理上分布于各個(gè)地方的串行設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)基于IP技術(shù)的遙測(cè)遙控成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。論文以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks和高性能的嵌入式微處理器MPC860T為軟硬件平臺(tái)，提出了一個(gè)適合各種速率的串行設(shè)備接入IP網(wǎng)絡(luò)的高性能通信服務(wù)器的解決方案，它充分發(fā)揮了操作系統(tǒng)VxWorks的實(shí)時(shí)性以及嵌入式微處理器MPC860T在網(wǎng)絡(luò)、通信方面的卓越性能。利用該通信服務(wù)器不但可以將低速率的串行設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，也可以將具有較高速率、對(duì)實(shí)時(shí)性有較高要求的串行設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。
2.串口通信服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)
在實(shí)際應(yīng)用中，各種監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備多以串行通信的方式的和外界通信。而串行設(shè)備千差萬(wàn)別，特別是在數(shù)據(jù)的傳輸速率和數(shù)據(jù)格式方面有很大的不同：既有利用UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發(fā)）協(xié)議傳輸?shù)牡退俾蕯?shù)據(jù)，又有利用HDLC（high-level data link control,高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）等協(xié)議傳輸?shù)母咚俾蕯?shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的要求也有很大區(qū)別：既有非實(shí)時(shí)性的串行數(shù)據(jù)傳輸，也有對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較嚴(yán)格的串行數(shù)據(jù)，如音、視頻數(shù)據(jù)，高速設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。如何有效的將各種串行設(shè)備合理的接入IP網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控呢？論文根據(jù)這一需求，提出了一種如圖1所示的串口通信服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，該串口通信服務(wù)器能夠較好的將各種串行設(shè)備接入IP網(wǎng)絡(luò)，并且在實(shí)時(shí)性方面有比較突出的表現(xiàn)：能夠?qū)⒏鞣N高速、實(shí)時(shí)性的音視頻數(shù)據(jù)快速接入IP網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)基于IP網(wǎng)絡(luò)的遙測(cè)遙控。

在圖1所示的串口通信服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器配置程序?yàn)橛脩?hù)提供了一個(gè)基于C/S模式的服務(wù)器通信參數(shù)配置接口，用戶(hù)可以利用運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的客戶(hù)端配置程序與通信服務(wù)器的配置串口通信以隨時(shí)改變通信參數(shù)；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要完成各種任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度、中斷管理、系統(tǒng)資源管理等功能；所謂BSP（Board Support Package，板級(jí)支持包）就是針對(duì)該通信服務(wù)器特定的硬件平臺(tái)所編寫(xiě)的底層程序，它依賴(lài)于硬件，主要包括初始化代碼和部分驅(qū)動(dòng)程序；FEC(Fast Ethernet Controller,快速以太網(wǎng)控制器)驅(qū)動(dòng)程序提供雙工100/10M自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器驅(qū)動(dòng)；雙內(nèi)核的嵌入式微處理器用于運(yùn)行操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、配置程序以及通信協(xié)議的底層微碼；外圍接口層對(duì)外提供各種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，如RS-232、RJ-45等。
3.串口通信服務(wù)器的硬件實(shí)現(xiàn)
在串口通信服務(wù)器中，嵌入式微處理器的性能無(wú)疑是影響整個(gè)通信服務(wù)器性能的一個(gè)關(guān)鍵
因素，根據(jù)圖1所示的通信服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，論文選用Freescale公司的雙內(nèi)核嵌入式微處理器MPC860T。它是一款集成了雙內(nèi)核和豐富的外圍設(shè)備的微處理器，可廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，特別是在通信和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有著優(yōu)異的性能，其組成如圖2示。基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的MPC8xx內(nèi)核主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的運(yùn)行；CPM模塊擁有獨(dú)立的基于RISC的通信處理器，該通信處理器主要為SCC（Serial Communications Controllers，串行通信控制器）、SMC（Serial Management Controllers，串行管理控制器）等通信信道提供服務(wù)、執(zhí)行通信協(xié)議的底層代碼以及控制DMA。SIU主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的啟動(dòng)、初始化、中斷以及外部總線(xiàn)功能等。FEC提供10/100M以太網(wǎng)控制功能，它提供獨(dú)立的FIFO和突發(fā)DMA，因此可以在不影響CPM性能的情況下提供10/100M以太網(wǎng)連接。其中4個(gè)SCC通道可以獨(dú)立配置成HDLC模式、異步HDLC模式、10M以太網(wǎng)模式等；2個(gè)SMC通道可以配置成UART模式、透明傳輸模式等。