基于Linux系统的串口服务器设计与实现

第36卷第2期2019年6月HEILONGJIANGMETEOROLOGY

黑龙江气象

Vol.36No.2Jun.2019基于Linux系统的串口服务器设计与实现包坤1袁高月2袁陈继鑫1袁赖晋科1渊1.北京华云东方探测技术有限公司袁北京100081;

2.方正县气象局袁黑龙江哈尔滨150800冤

1引言

随着气象观测业务的快速发展袁越来越多的气象设备投入到业务中袁设备之间的互联要求变得越来越高遥在各种传感器中袁以RS-232尧RS485尧RS422为代表的串行通信方式因其易于实现和维护袁得到广泛应用遥观测到的气象数据从业务台站发送到省级或者国家级中心站袁需要在业务台站安装应用软件袁通过应用软件将数据发送到省级或者国家级中心站遥现有气象业务体制改革袁很多业务台站观测场与值班室分离袁不方便安装应用软件袁串行通信方式逐渐暴露出其传输距离近尧网络化实现复杂的缺点遥

为适应新的业务要求袁串口服务器得到广泛应用袁其主要功能是实现串行通信协议和TCP/IP协议的相互转换遥串口服务器一端与串行通讯设备相连袁另一端接入专用网络遥串行通讯设备通过串口服务器袁将数据发送到网络上指定地址的主机曰同时接入网络的主机通过TCP/IP协议发送控制命令袁经过串口服务器处理后转发到串行通讯设备中袁从而实现串行通信设备接入TCP/IP网络

[1]

系统袁嵌入式WEB技术实现对气象设备配置管理袁上位机无配套驱动软件遥3硬件设计

图1串口服务器硬件框图

系统的硬件设计包括处理器芯片尧串口模块尧网络模块袁以及FLASH尧SDRAM等硬件设计袁JTAG作为可选硬件袁实现程序加载袁串口服务器硬件设计框图如图1所示遥

串口服务器处理芯片采用S3C2440遥该芯片是三星公司的32位RISC处理器袁属于ARM920T体系结构袁集成了丰富的组件院内存管理单元曰4kb启动NANDFLASH曰3个独立的异步串行端口等遥S3C2440内部提供3个独立的异步串行端口渊UniversalAsyn鄄chronousReceiver/Transmitter袁简称UART冤袁在使用

器袁可以减少台站应用软件袁将串串行通讯设备数据直接从台站发送到省级或者国家级中心站袁可以解决串口通信传输距离短的问题遥串口服务器在各行业广泛应用袁东方公司基于气象需求袁研制满足气象需求用的串口服务器遥2总体设计

系统包括硬件和嵌入式软件袁硬件采用嵌入式ARM9微控制器芯片SC2440袁嵌入式软件采用Linux

收稿日期院圆园19原3原1第一作者简介院包

遥增加了串口服务

系统时钟的情况下袁传输速率最高支持230.4kbps遥为了实现串口服务器同时支持RS232模式和RS485模式袁分别采用SP3222和SP3485转化芯片遥

坤渊1979-冤袁男袁辽宁省大连市人袁成都信息工程大学袁本科生袁高级工程师.

40黑龙江气象第36卷

网络控制器采用DM9000A袁其特点是一个高集成尧低成本尧高性能尧低损耗袁提供一个通用的处理器接口袁一个10/100M自适应PHY和4K的SRAM袁支持8位和16位数据接口访问内部存储器[2]储器选择K9F2G08,存储引导程序尧系统内核遥尧程文序件系存统和应用程序遥内存选用48LC16M16A2袁2片16位并联构成32位的存储器系统袁以更好发挥32位处理器高性能的优势遥电源模块采用外部220V交流输入袁输出5V直流电源袁经过设备内部DC-DC转换芯片转化为3.3V和1.8V供芯片使用遥4软件设计4.1

程系统序设软计件设包括计

以下三个部分袁分别为引导程序渊temBootload冤遥

冤尧系统内核渊Kernel冤尧文件系统渊FileSys鄄引导程序渊Bootload冤主要功能是引导内核执行袁

本系统采用U-boot渊UniversalBootLoader袁简称U-boot空间冤的作为映射引表导程袁从而序遥建完立成适初当始化的软硬硬件设件环备境尧建袁立并内将存内核映象从硬盘上读到RAM中袁跳转到内核的入口点执行袁启动操作系统遥

系统内核采用Linux操作系统袁其具有安全性高尧可移植性强尧网络功能强大等优点而被广泛使用遥本系统采用Linux2.6内核袁并根据系统硬件裁剪掉内核中自带LCD尧USB鼠标和键盘尧摄像头等驱动袁形成最后的最小化系统袁可以提供系统稳定性遥

文件系统使用YAFFS渊YetAnotherFlashFileSystem用NAND袁简型称闪YAFFS存而设冤文计件系统的遥该袁文是件系统为专为嵌入式系统使大容量的Flash使用做芯了片优做化了袁很具好优的点调有整速袁度针快对尧启挂动时接时间间短和内尧存占的用

内存小遥4.2

应应用程用软序件设主要计

包括主线程尧通讯线程尧监视线程三个线程遥主线程完成共享内存初始化尧本机网络初始化尧串行设备初始化等曰通讯线程利用Select编程接收串行和网络数据袁并将支持多种串行数据打包策略遥监视线程实时监视外部按键袁重置设备配置并重启设备遥4.3

嵌Web入式软Web件设服务计

器袁就是在嵌入式设备中运行的基于HTTP协议的Web服务器袁以网页的形式为计算机提供嵌入式设备的状态尧参数表示等信息[3]对串口服务器进行配置袁一般有两种方式袁一遥

种

是在上位机上安装驱动软件进行配置袁一种是基于Web对计算方式机的进行操配作系统有要置遥在上位求机上安袁增加了系统设装驱动软件计方的式复袁杂程度袁并且不方便客户使用曰基于Web方式配置袁则可以避免计算机操作系统的问题袁方便用户使用遥本文设计的串口服务器可以通过Web方式设置参数袁包括通信模块式尧目的IP地址尧端口号等参数袁支持多路IP地址同时发送数据遥5实验及结论

实验室模拟测试时将串口服务器与计算机连接袁串行通信收发短接袁测试自收自发的成功率遥通过测试证明此方案设备运行稳定袁数据传输实时尧准确袁符合工业应用要求遥经过大量实验室测试后袁设备满足要求袁将串口服务器安装在气象台站进行一年以上运行袁设备运行正常袁数据到报率满足设计要求袁极大解决了原有设备无法网络化的需求袁满足局站分离要求袁在气象业务中有广泛的应用前景遥参考文献

[1]刘志斌.基于光纤的远程透明传输串口服务器[D]袁安徽:安徽师范大学袁2014.

[2]郝竹银.基于无线传感器网络的智能家居系统设计[D]袁安徽:安徽理工大学袁2017.

[3]徐磊.基于AMR9的嵌入式WEB视频服务器的研究与实现[D].贵州:贵州师范大学袁2014.