1 导言
在仪器仪表迅速开展的一起，计算机和网络技能也在迅速开展，PC机现已从高速增加进入到平稳开展时期，单纯由PC机带领电子工业欣欣向荣的年代 己经成为前史，嵌入式体系的呈现和广泛运用，使计算机和网络进入了后PC年代。依据嵌入式智能仪表长途监控体系作为工业操控网络重要开展方向之一，是工业 数据通讯与操控网络技能、互联网技能等多种技能共同开展的成果[1]。该项技能的开展与老练将会给人们的出产日子带来深远的影响。
2 嵌入式操控器硬件规划
操控器的界说：嵌入式操控器以高速处理器为中心，由高速处理器和其他芯片协同作业来操控的电子设备或设备，能够完结监督、操控等各种主动化处理使命[4]。嵌入式操控器是体系的中心部分。
2.1 体系硬件结构图
图1 嵌入式操控器体系硬件结构图
嵌入式操控器的体系硬件结构图见图1所示。由5V、3.3V和1.8V二种直流电源供电。体系主要由DSP芯片TMS320C5402、256K FLASH存储器、以太网接口芯片RTL8019AS、 A/D转化芯片、串口芯片等组成。
从嵌入式操控器的体系硬件结构图以看出嵌入式操控器是嵌入式长途监控体系的要害部分。现场智能仪器仪表能够经过嵌入式操控器的模拟量和数字量接 口输入信号，由操控器内嵌的服务程序，经过以太网或Modem，在长途由客户端程序对现场智能仪表进行信号的检查和操控，然后完结智能仪表的长途监控。
2.2 处理器DSP 5402最小体系规划
(1)复位电路。一起规划上电复位电路和人工复位电路，当体系运转中呈现毛病时可方便地人工复位。复位电路一方面应确保复位低电平时刻满足长， 确保DSP牢靠复位;另一方面应确保稳定性杰出，避免DSP误复位。复位电路选用MAX706R芯片组成主动复位电路。MAX706R是一种能与具有 3.3V作业电压的DSP芯片相匹配的主动复位芯片。该芯片的具体接法如图2所示。
(2)时钟电路。一般DSP体系中常常运用外部时钟输入，由于运用外部时钟时，时钟的精度高，稳定性好，运用方便。由于DSP作业是以时钟为基 准，假如时钟质量不高，那么体系的牢靠性、稳定性就很难确保。因而，本体系拟选用外部时钟源供给时钟，如图3所示。将外部的时钟信号直接加到DSP芯片的 X2/CLKIN引脚，X1引脚悬空。设置CLKMEI=1，CLKMD2=1，CLKMD3=1。复位后使DSP芯片的时钟为外部晶振频率的1/2，即 2分频。
图2 体系主动复位电路
图3 时钟电路
(3)体系电源规划。TMS320VC5402芯片选用双电源供电，DSP的核内电压和I/O接口电压分别为1.8V和3.3V， 本体系需求三种电源，电压为5V、3.3V和1.8V。其间，RTL8019AS网卡芯片和模数转化电路均选用5V电源供电。DSP的双电源解决方案选用 TPS73HD318完结，输入的电源电压为5V，输出电压分别为3.3V和1.8V，每路电源的最大输出电流为750mA。
2.3 程序存储器的扩展
FLASH存储器与EPROM比较，具有更高的功能价格比，并且体积小、功耗低、可电擦写、运用方便，并且3.3V的FLASH能够直接与 DSP芯片衔接。因而，选用FLASH作为程序存储器存储程序和一些固定数据是一种比较好的挑选。本体系的程序存储器选用了一片AT29LV020 FLASH存储器。此芯片有256K×8的存储空间，最快读取速度为100ns。所以在读取程序时，要使主频低于10MHz。
2.4 接口电路规划
(1)模拟量输入接口。模拟量输入通道选用了TI公司出产的TLV2544芯片，当与DSP芯片衔接时，可用一个帧同步信号FS来操控一个串行 数据帧的开端。选用TMS320VC5402供给高速、双向、多通道带缓冲串行端口MCBSP，可用来与串行A/D转化器直接衔接。
(2)以太网扩展接口。完结嵌入式智能仪表的长途监控体系，首要的问题便是要让智能仪表具有以太网接口。台湾Realtek公司出产的RTL8019AS以太网接口芯片能够让嵌入式操控器具有通用计算机的网络接口。
(3)RS-232串行接口规划。RS-232-C并未界说衔接器的物理特性，因而存在DB-25， DB-15和DB-9等多种类型的衔接器。DSP为了同现场智能仪表的串口相连，咱们用MAXIM公司的MAX3111来完结EIA到TTL电路之间的电 平缓逻辑联系的转化。
(4)RS-485串行通讯接口。RS-485是为了习惯远距离、分布式操控体系的需求而拟定的一种串行通讯总线标准。它支撑多节点、远距离传 输。RS-485标准采有用平衡式发送，差分式接纳的数据收发器来驱动总线。为了扩展终端衔接设备的数量，本规划增加了RS-485接口。DSP与RS- 485串口的衔接运用MAXIM公司的MAX3140UART通讯芯片来完结。
3 嵌入式TCP/IP协议规划
3.1整体数据流规划
嵌入式TCP/IP的整体数据流图如图4所示。
图4 嵌入式TCP/IP的整体数据流图
运用程序经过Socket运用编程接口运用TCP/IP协 议栈供给的数据通讯功用[3]。发送数据时，假如挑选的是面向衔接的TCP协议，则运用程序将用户数据交给TCP协议模块处理，TCP模块将其首部和数据 封装成TCP报文段;假如挑选的是无衔接的UDP协议，则将用户数据交给UDP协议模块处理，UDP模块将其首部和数据封装成UDP数据报。然后将封装好 的TCP报文段或UDP数据报交给IP协议模块，IP模块在TCP报文段或UDP数据报上增加IP首部，并封装成IP数据包，然后依据路由表为IP数据包 承认路由;找到了路由则将数据包发送到网络接口层，网络接口层判别发送的数据是从以太网接口仍是从异步串口宣布，假如是从以太网接口宣布，则要使用ARP 协议找到意图IP地址对应的物理地址，然后封装成以太网帧，由网卡驱动程序将以太网帧发送出去。
3.2 整体数据结构
TCP经过一个数据结构为每个TCP衔接和谐发送、接纳和重发动作，该数据结构称作TCP传输操控块TCB。TCP为每个活泼的衔接保存一个 TCB，TCB中包含了有关TCP衔接的一切信息，包含衔接端点的地址和端口号，当时均匀往复时刻的估计值，发送或接纳的数据，是否需求承认或重传，以及 一组有关该衔接的运用情况的统计数据，所以TCB较大，本规划对TCB进行了简化，只保存了用于操控面向衔接的数据收发所必需的基本信息。
用于UDP协议的数据收发操控块UTCB包含了UDP端结点的一切信息：外部和本地IP地址、外部和本地端口号以及其它操控信息。UTCB的使 用及分配与TCB彻底相同，只是由于UDP不需求树立衔接，所以只需有数据进行发送，则当即分配UTCB，一旦数据发送完结，则开释该UTCB。
4 嵌入式操控器软件规划
依据体系的操控要求和编程的需求，将体系软件的模块区分如下部分，共分六个模块，分别是主控模块、初始化模块、协议封装模块、协议拆包重组模块、网络接口模块和运用层运用模块。图5分别是各模块之间的逻辑联系。
图5软件体系模块之间的联系
(1)主控模块规划。主控模块中一般包含一些变量的界说和函数的调用。别的一些重要的I/O端口界说也放在主控函数中。在主控模块中界说了延时 信号函数、端口设置函数、同步串口设置函数、中止服务函数等。体系作业时程序从主控模块的main()函数开端运转，首先是调用DSP及 RTL8019AS的初始化程序，完结初始化之后，主程序以一个无条件循环进入作业状况。
(2)初始化模块规划。体系软件在运转的时分首先要调用初始化程序，对体系的各资源进行初始化，然后才干正常作业。初始化模块包含了四个初始化 函数，分别是net_init()、dsp5402_init()、interrupt_init()、nic_atl_init()。
(3)协议封装模块规划。协议封装部分的作用是将数据进行分组，并以不同的协议打包封装使其成为契合TCP/IP协议标准的分组数据。在规划中，关于不同协议的封装，分别由不同的函数完结。在本体系中，监控终端体系需求对坐落网络层的IP协议、坐落传输层的TCP协议进行封装。封装次序是先传输层协议TCP封装，后网络层协议IP封装。之后传入网络接口模块发送出去。
(4)协议拆包重组模块规划。本模块的作业进程是这样的，数据从以太网上被接纳下来之后，首先会放在网卡芯片的片上内存傍边，由DSP即网络接 口模块将其读入后进行协议分化，依据协议的内容进行相应处理，假如是UDP封装的数据则将其放入体系的接纳缓冲区傍边。由DSP依据协议中序列号字段的值 对数据包进行从头分组排队，最终将数据拆包、兼并，构成接连的数据流后，传送到运用层进行进一步处理。
5 小结
本文具体阐明晰嵌入式操控器的硬件和软件的规划和完结进程，包含微处理器体系硬件规划和完结、和智能仪表的接口模块完结、TCP/IP协 议剖析和完结等。嵌入式长途监控体系的成功完结将有很大的实用价值和很好的运用远景。它不只是运用在工业操控方面，并且它还将会在气候、环境监测、智能家 居等范畴得到广泛的运用。在今后的开发进程中，还能够提出比较标准化的运用层通讯协议，以完结多家产品的兼容通讯。还能够测验将多个单体系衔接在一块，来 进行和谐作业，真实完结监控体系的长途化和网络化。
本文作者立异点
本体系选用了16位定点高速DSP微处理器(其程序易于移植到同类32位微处理器芯片上)，其运转速度可达100MIPS功能较早前盛行的8位 微处理器有显着的进步。方案规划的自身就也是一种立异，经过选用较优技能和高功能的硬件，组合出了高功能的监控体系。借用了计算机的模块化(包含软件和硬 件)规划思维，使体系能够依据需求进行从头组合。
参考文献：
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