基于嵌入式系统的协议转换器

基于嵌入式系统的协议转换器

【摘要】为了将遵循不同协议的设备接入工业以太网，通过基于嵌入式系统的协议转换器将不同格式的信号转化成所需信号，使设备和工业以太网之间能进行快速、透明的通信。通过加入协议转化器，简化了系统的硬件复杂度，提高了系统的集成度，取得了经济效益。【关键词】工业以太网；嵌入式系统；协议转换

在大型工业控制系统，军事和航天系统，智能家居管理系统等较为复杂的系统中，许多情况下系统中存在着大量遵循不同协议的设备，例如遵循RS232、RS485、UDP、TCP/IP等协议的设备共同存在于系统中。多种协议并存时，要求系统能识别不同的协议信息，通过控制和处理不同格式的信息实现系统正常工作，这样就加大了系统软件和硬件上的复杂度，减缓了系统的响应速度。而近几年随着以太网的不断发展，工业以太网技术日趋成熟。通过以太网，可以用一条单一网线取代众多的连接线，系统中的独立设备和独立小系统都可以通过这条网线联网。并且系统中一旦建立了以太网连接，在以太网能实现高速数据传输的基础上，数据的传输，设备的控制和功能测试就成为一件非常简单的事情。用户可以通过终端计算机上的可视化窗口，通过以太网快速简单的控制整个系统，用户还能够完全访问计量数据、诊断值，配置参数和查看故障信息等，通过互联网，还可以实现远程数据共享。它在实际现场工程中还具有的优势就是传输距离远，抗干扰能力强，能节省大量的劳动力和材料成本等。

以太网获取遵循不同协议的信息时，必须把其他格式的信息转化成以太网能识别的协议格式提供给终端计算机，同时系统还需要把以太网信息转换成各种设备所能识别的信息格式。为简化系统连接，实现系统中各部分的独立性，我们可以通过设计协议转换模块完成此项工作，即利用协议转换模块将系统中不同设备或是小系统获取的信息快速转换为所要求的信号形式，即遵循相应的协议、格式，通过工业以太网传送给远程计算机，同时，远程计算机的控制信息也可以转化成相应格式的信息传送给设备。市场上现有的协议转换模块很少，而且大部分基于单片机系统，处理能力有限，速度慢。在唐山华强钢铁公司轧钢车间的设备改造中，我们通过基于嵌入式处理器S3C4510B的协议转换模块将现场的3路RS485信号，1路RS232信号，1路IIC信号，9路I/O信号转换成以太网信号传送给计算机，同时，将计算机传来的以太网信息转化成现场设备所需的信号，控制现场设备。这样就在终端计算机和现场设备之间建立起了直接的、透明的、简单的联系。

考虑到转换速度，信息流量、设计难度等因素，我们采用了嵌入式系统来实现协议转换模块。主处理器选用三星公司的S3C4510B，S3C4510B是一款优秀的网络控制器，内含一个由ARM公司设计16/32位ARM7TDMI?RISC处理器核，主频可达50MHz。ARM7TDMI为低功耗、高性能的16/32核，最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。S3C4510B内嵌一个以太网控制器，可在半双工或全双工模式下提供10M/100Mbps的以太网接入。他的外围功能模块还包括：2个UART通道，2个GDMA通道，18个可编程I/O口，IIC接口，片内带有SDRAM控制器和Flash控制器。特别适用于嵌入式以太网应用的集成系统。

系统中的电源电路、晶体振荡器电路、复位电路和JTAG接口电路组成了S3C4510B的基本系统，保证微处理器可靠的工作。在系统的电源电路中，S3C4510B及部分外围器件需3.3V电源，另外一部分器件需要5V电源，为简化系统电源电路的设计，整个系统的输入电压为5V直流稳压电源。选用LinearTechnology公司生产的LT1085CT－3.3型DC－DC变换器，得到3.3V输出电压。在系统中使用了有源晶体振荡器，根据S3C4510B的最高工作频率及PLL电路的工作方式，选择10MHz的有源晶体振荡器，其频率经过S3C4510B内部PLL电路倍频后，达到50MHz。选用IMP公司生产的IMP708TCSA型复位电路，它具有1个手动复位输入引脚和2个复位输出引脚（高电平有效引脚和低电平有效引脚各1个），能实现电路的有效复位。采用14针的JTAG接口用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。

作为程序存储器的Flash芯片中要保存Bootloader程序，Linux内核，文件系统，协议转换应用程序和一定数量的记录信息，结合成本因素和升级考虑，采用16MB的Flash存储芯片（K9F2816UOC，16MB，16位，Samsu