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

　　現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)智能裝置開(kāi)發(fā)是其重要發(fā)展趨勢(shì)。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(xì)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(jì)過(guò)程，包括32位微處理器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、以太網(wǎng)接口單元模塊的實(shí)現(xiàn)、uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)分析和移植，uCLinux下驅(qū)動(dòng)程序的分析和實(shí)現(xiàn)、 Socket套接字分析、HTTP協(xié)議分析、嵌入式Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)等。本文設(shè)計(jì)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(chǔ)器、可讀寫(xiě)存儲(chǔ)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(tái)。

　　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(duì)等連接，實(shí)現(xiàn)LUTTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，本文設(shè)計(jì)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(hào)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(hào)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(chǔ)單元設(shè)計(jì)

　　存儲(chǔ)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(dòng)時(shí)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(jìn)SDRAM，并進(jìn)行存儲(chǔ)器的重定位，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM對(duì)應(yīng)的地址執(zhí)行程序。S3C4510B支持8 位/16位/32位的存儲(chǔ)器組，對(duì)應(yīng)的可以構(gòu)建8位/16位/32位的F1ashROM存儲(chǔ)器系統(tǒng)。存儲(chǔ)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(jì)采用一片SST39VF160構(gòu)成16位的F1ashROM存儲(chǔ)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(jì)選用2片HY57 V 641620并聯(lián)構(gòu)建32位的SDRAM存儲(chǔ)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(wú)縫的企業(yè)信息集成的發(fā)展趨勢(shì)、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(jìn)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(jì)方案、重點(diǎn)分析并實(shí)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。