實現(xiàn)基于TCP／IP的多串口轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

GM8123工作在多道模式，各子串口必須設(shè)置統(tǒng)一波特率，不適用于各串口設(shè)備工作波特率不一致、又要求同時工作的場合，這也是該芯片的不足之處。實際應(yīng)用中，COM1、COM2和COM3應(yīng)該連接類型、速率相同的設(shè)備。COM4的波特率可以根據(jù)需求具體配置，這樣，系統(tǒng)的4個串口從速率上可以形成兩種應(yīng)用方案：一是4個串口配置相同波特率；二是每l組配置1個波特率值。

綜上所述，系統(tǒng)提供了由2組4個串口、兩級優(yōu)先級控制、2種波特率配置方案構(gòu)成的多串口實現(xiàn)方法。

4 工作原理

4.1 幀的統(tǒng)一化

系統(tǒng)4個串口源的數(shù)據(jù)要作為以太網(wǎng)幀的一部分，為了向設(shè)備提供透明的接口和區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)源，需要制定統(tǒng)一的幀格式。幀格式如圖2所示，其中串口號字段用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)源；幀頭、幀尾作為一個串口幀的起始分界(可自定義)；數(shù)據(jù)部分是來自串口的原始數(shù)據(jù)流。同樣，網(wǎng)口發(fā)送數(shù)據(jù)也要有一致的幀格式，如圖3所示。顯然，串口幀是作為UDP層的協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)摹?p>
4．2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向分析

多串口轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)多個串口和一個網(wǎng)口間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵是多個串口數(shù)據(jù)如何送到網(wǎng)絡(luò)上、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)又怎樣轉(zhuǎn)到多個串口。其中，串口鏈路層完成串口數(shù)據(jù)收發(fā)功能，串口網(wǎng)絡(luò)層作為TCP／IP應(yīng)用層的一部分，實現(xiàn)串口幀的封裝。發(fā)送是入?yún)f(xié)議棧的過程，如圖4所示，接收是出協(xié)議棧的過程(圖略)，不同之處在于對數(shù)據(jù)的收／發(fā)處理。

多串口到網(wǎng)口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸：串口鏈路層，接收來自測控設(shè)備的數(shù)據(jù)，交給串口網(wǎng)絡(luò)層，該層完成串口數(shù)據(jù)幀的封裝并放入以太網(wǎng)的發(fā)送緩沖區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)定的UDP打包時間到或已經(jīng)有4個串口數(shù)據(jù)幀時，打UDP包，并逐層下送，直到把數(shù)據(jù)送上物理介質(zhì)，完成比特流的傳輸。

為了能一次傳輸盡量多的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)長度作了嚴(yán)格定義：串口數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段最大長度為300個字節(jié)；網(wǎng)口發(fā)送幀的數(shù)據(jù)段最多允許4個串口數(shù)據(jù)幀。同時，還要滿足具體應(yīng)用對實時性的要求：對每一個串口規(guī)定一個最長響應(yīng)時間。時間到時，不管是否已接收：300個字節(jié)都要對串口數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，并放人以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)；同時，為了避免系統(tǒng)由于等待以太網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)串口幀數(shù)達(dá)到4，而造成串口數(shù)據(jù)不能實時發(fā)送，要求在一定的時間內(nèi)進(jìn)行一次以太網(wǎng)通信，而不必等待4個串口幀到齊才打包傳輸。

這樣，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)容量和時間的雙重規(guī)定，能保證具體應(yīng)用對實時性的要求，并能一次傳輸盡量多的數(shù)據(jù)，降低了由于時間上的“空等”造成系統(tǒng)實時性差的可能性。4個串口在串口層完成的功能是相同的，僅以COMl為例，給出串口層上數(shù)據(jù)

流，如圖5所示。

圖6說明了多串口數(shù)據(jù)幀等待打包傳輸?shù)倪^程。

網(wǎng)口數(shù)據(jù)到多串口的數(shù)據(jù)流向，是對以太網(wǎng)鏈路層的數(shù)據(jù)幀向上逐層解包的過程。如圖7所示，將收到的以太網(wǎng)幀，依次去掉每層的協(xié)議頭分解出應(yīng)用層數(shù)據(jù)，再以0x24和OxOa為分界分離，根據(jù)串口號字段的值，將信息發(fā)送到相應(yīng)的設(shè)備，完成預(yù)定的控制。

結(jié)語

本文介紹基于TCP／IP的多串口轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，采用GM8123芯片增加了串行口數(shù)目，適合要求入網(wǎng)串口設(shè)備多的場合。借助于該多串口網(wǎng)關(guān)，可方便的實現(xiàn)串口設(shè)備和監(jiān)控層的透明數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制與信息的分布式管理，必能廣泛的應(yīng)用在基于以太網(wǎng)的分布式測控網(wǎng)絡(luò)中。和它類似的還有GM8125串口擴展芯片，不過GM8125是一擴五的串口擴展芯片。