以ARM920T为内核的S3C2440A 作为主控制器和以太网控制芯片DM9000A EP设计硬件平台;构建并移植适合嵌入式串口服务器系统的嵌入式Linux操作系统。
随着计算机网络的发展和物联网的兴起，将智能仪器接入网络已成为一种趋势，以实现数据的共享与远程管理。但是目前大多智能仪器使用的异步串行通信接口RS-232C/485/422,因此迫切需要一种能将异步串行通信协议转换为以太网TCP/IP协议的协议转换器，使现有的串行通信设备方便地接入以太网，而不需要改变原有仪器设备的硬件。为此，笔者研究设计了基于ARM9微处理器和Linux操作系统的嵌入式多串口服务器。
1系统总体思路
采用以ARM920T为内核的S3C2440A 微处理器运行Linux操作系统，使用100MBase-T网络在串行设备与远端主机之间有效地进行传输数据，这样通过串口服务器使串行设备快速接入以太网，利用以太网的TCP/IP协议进行串口数据包的传输。嵌入式串口服务器作为以太网数据与串口数据之间交互的中间桥梁，负责数据的双向透明传送。服务器端的主要任务是ARM处置器中实现RS-232C/485/422转TCP/IP协议网关，完成对各端口的监听和数据的双向传输，当端口有数据发生或客户端有数据请求时启动独立线程，保证实时而又不丢失地进行数据传输。基于上述要求系统必需具备：一套对网络支持良好的嵌入式操作系统，并且可根据专用的硬件平台进行裁剪;微处理器的运行速度与处理数据的能力优秀，外围芯片接口友好。
笔者选用Linux作为实时操作系统，并进行移植与配置使其可以运行在以ARM9为核心的硬件平台上。S3C2440A 自带三路串行通信口，完全能够满足多串口服务器的设计要求，但考虑到网络数据传输与串口数据传输速率不匹配，需要在硬件板卡上扩展SDRA M和NORFLA SH,另外系统还需扩展以太网控制器芯片。系统的总体设计框架如图1所示。
2硬件电路
系统可同时独立地与两路串行端口通信，当数据由以太网传送给串口服务器时完成数据的存储与数据格式的转换与处理，为数据传向指定的串行口做准备。当系统解包处置完成后，根据TCP/IP协议的数据帧的帧头信息就能获得该数据包的发送目标串口，这样就完成了从以太网到串行口数据的传输;当数据由串口设备传送到串口服务器时完成数据的分析、处置与格式转换，为数据传向以太网口做准备，当数据打包结束后将其从以太网口发送出去，这样就完成了串行口到以太网数据的传输。
2.1S3C2440A 扩展以太网模块电路
DM9000A EP一款高集成度且成本较低的单片快速以太网媒体介质访问层MA C控制器，上有通用处置器接口，10M/100M物理层和16KbyteSRA M,低功耗、高性能IO管脚兼容3.3/5.0V电压。DM9000A EP合成了以太网MA C物理层PHY和MMU,内置AUTOMDI2X功能10/100MPHY,芯片可以根据处置器提供8/16/32bit3种连接方式实现以太网MA C层和PHY层)功能。
如图2所示的电路中，IOR#管脚接处理器的LnOE读信号端，IOW#接处理器的LnWE写信号端，CS#片选信号端接处理器的nGCS4片选信号，SD0~SD15分别接处理器的数据总线，中断信号INT接处理器的EINT18管脚，RX+RX-TX+和TX– 分别是两对差分收发信号线接带有隔离变压器的HR911105A RJ45座连接，如图3所示。访问网卡以总线形式实现，网卡的IO基址为300H,片选信号接在NGCS4上，所以网卡IO基址为0x20000300H.由“DM9000地址端口=高位片选地址+300H+0;DM9000数据端口=高位片选地址+300H+4可知，DM9000端口的端口地址为020000300,DM9000数据的端口地址为020000304.S3C2440通过数据端口与地址端口并结合读/写信号线就可以对DM9000进行读、写操作了图2中只用了一根地址线LA DDR2,这是由DM9000A EP特性决定的DM9000A EP地址信号和数据信号复用，使用CMD引脚来区分它CMD为低时数据总线上传输的地址信号，CMD为高电平时传输的数据信号).访问DM9000A EP内部寄存器时，需要将CMD置为低电平，发出地址信号;然后将CMD置为高电平，读/写数据。另外，总数位宽16位，两对差分接收与发送信号线，特别要注意的
PCB布线时这两对线必需走差分线，否则接收和发送数据将不稳定，模拟地与数字地也要处理好。
图2网卡接口电路
2.2S3C2440串口模块电路
S3C2440自身自带三路独立的UA RT接口，设计嵌入式串口服务器系统时，应用了S3C2440串口模块的两路UA RT接口，另外一路UA RT接口做开发时的打印控制台用。这两路串行口用三线通信，采用MA X3232作为电平转换芯片，分别配置处置器的GPH2CPH3CPH4和CPG5,4个GPIO口为TXD0RXD0TXD1和RXD1串口收发信号线。RS-232C接口电路如图4所示。
3系统软件
系统软件的设计目标：嵌入式串口服务器能够接收来自以太网的数据流，将以太网数据流转换为串行口数据流发送给指定串口;实现串口数据流到以太网数据流的逆过程。软件平台采用拥有完备TCP/IP协议栈和丰富源码资源的Linux作为串口服务器的操作系统，ARM9上移植并裁剪Linux系统，同时移植完善根文件系统，为应用层软件开发提供平台。应用顺序软件的主要任务如图5所示，通过Linux系统调用接口、调用串口函数读取数据，并将数据通过socket接口发往以太网口;接收socket端数据、调用串口设备函数，将数据发往指定串口。
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刘涛