基于ＡＲＭ微处理器的多串口多协议网关设备设计,本论文可用于微处理器论文范文参考下载，微处理器相关论文写作参考研究。
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摘 要：为实现船舶电站监控系统中底层独立的发电机控制单元与上层工控机之间有效快速的数据传输及可靠的数据通信,采用ATMEL公司的AT91R40008高性能ARM处理器以及EXAR公司的多路UART扩展芯片ST16C654设计网关设备.此网关设备的作用是将发电机控制单元的数据以通信方式转发给船舶电站监控系统中的工控机,在工控机中实现数据共享,具有4路隔离的RS232/RS485通信接口,2路非隔离的RS232通信接口.该网关设备已在船舶监控系统中成功应用,实现与底层发电机控制单元多种协议的通信(包括Modbus协议、HostLink协议和自定义协议),符合工业控制现场应用要求,满足工程的需求.
关键词：网关设备； 状态图； 多串口并发操作； 船舶电站； 微处理器
中图分类号：N941.5； U697.1文献标志码：A
A gateway device design with multi serial ports plus multi
protocols based on ARM microprocessor
ZHONG Mingquan, HUANG Xuewu, ZHENG Huayao
（Logistics Engineering College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China）
Abstract： In order to realize the fast and reliable data communication between the PLC of marine power station monitoring system and upward processors, AT91R40008 high-proficiency ARM processor by ATMEL and multi-line UART enlarged chip ST16C654 by EXAR are used to design the gateway device. Its function is general engine control units data to industry monitoring computer on marine power station monitoring system by the method of communication. The data is shared in industry monitoring computer and the common possession of the data which has 4 ports with isolating RS232/RS485 communication interfaces, and 2 ports with non-isolated RS232 communication interfaces. The gateway device has been sucesully used in marine monitoring system to achieve multi-protocol communication (application requirement in Modbus protocol, HostLink protocol and user-definied protocol). It is complied with industry control field and satiies the demand of engineering.
Key words： gateway device; statechart diagram; concurrent operation of multi serial ports; marine power station; microprocessor
0 引 言
随着智能设备的不断发展,控制系统需要与其他智能设备（如PLC,变频器,称重仪表等）互连,进行有效快速的数据传输及可靠的数据通信.基于船舶电站监控系统中底层独立的发电机控制单元与上层工控机之间的通信而设计的网关设备,其作用是将发电机控制单元的数据通过通信方式转发给船舶电站监控系统中的工控机,在工控机中实现数据共享.通过ATMEL公司的AT91R40008高性能ARM处理器以及EXAR公司的多路UART扩展芯片ST16C654,实现4路隔离的RS232/RS485通信接口和2路非隔离的RS232通信接口.
此外,多路串口通信需要等待时间,所以要实现多串口的并发操作,最好的选择是用多任务操作系统.但由于工业控制系统一般要求稳定性可靠,而操作系统移植可能会带来系统的不稳定性.因此,在多串口多协议功能模块的软件设计上采用单线程扫描方式结构,没有使用多任务操作系统,可以利用状态图方法(详见后面的分析)在单线程程序中实现有限的多任务机制,实现多个串口的并发操作.
1 硬件电路设计
船舶电站网关设备的多串口扩展部分硬件结构框图见图1.
AT91R40008是1款ARM7内核的处理器,该CPU内部有256 KB的RAM,在存取32位指令和数据时只需要1个时钟周期,因此可以把对速度要求较高的程序放到内部RAM中运行.AT91R40008的外部数据总线为16位,因此外部存储器只能采用16位总线.[1]AT91R40008有两路UART接口,通过MAX232芯片扩展为两路RS232通信串口,分别为COME和COMF.
多串口通信部分电路采用1片ST16C654扩展出4路RS232和RS485通信串口COMA,COMB,COMC和COMD,其中COMB和COMC未在图中表示,其结构与COMA和COMD相同.ST16C654与AT91R40008之间接口见图1,A0~A2是地址线选通,选择要进行读写的寄存器；D0~D8是数据线,进行数据、命令和状态的读写；INT0~INT3为4路UART的中断信号线,直接与AT91R40008的中断线相连,作为接收和发送的中断信号.ST16C654是1款4串口的带64字节FIFO的UART芯片.通过对寄存器的读写访问方便地实现通信数据方式（包括同步方式、数据格式、奇偶校验、波特率等）、中断处理、发送和接收FIFO大小等.[2]它与CPU通过中断和并行方式通信,提高通信速度；当需要发送与接收数据时,可将数据放入ST16C654的FIFO中,CPU的执行效率极大提高.
ST16C654产生的发送、接收和控制信号通过6N137光耦和5V DC/DC隔离电源模块完全隔离,从而防止外部通信信号对CPU等核心电路的干扰.4路串口分别提供RS232和RS485通信方式,两者之间通过短路块方便地实现通信切换.
2 软件设计
2.1 多串口的并发操作原理
由于通信过程有许多等待操作,而且发送和接收的操作过程相对于CPU运行速度非常慢.因此,发送和接收操作应该在中断中进行.按这样的方式,程序中只要建立1个内存变量与智能设备寄存器的映射关系表,后台(中断驱动)的协议通信流程负责操纵通信程序并不断刷新内存变量或把内存变量数据下载到智能设备中即可.这样,对智能设备的读写就变成程序中对这些内存变量的读写,解决了实时性问题.[3]
结论：关于对写作微处理器论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文微处理器论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
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