专利名称：一种基于dsp的工业以太网串口服务器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及数据传输及通信领域，尤其是一种基于DSP的工业以太网串口服务器 及其控制方法。
背景技术：
随着信息技术与因特网的发展，目前，在工业数据采集系统领域中，对于远程的数 据传输的各方面要求越来越高，传统的RS232/485已无法满足实际的需要，数据的实时、大 批量的传输及距离都受到了限制。工业以太网以其高速的数据传输、可靠稳定成熟的技术、 兼有远距离通信的优点成为当前工业远程数据通信系统中的首先方式。以太网串口服务器是一种数据转换器，一方面处理来自网络客户端的数据，将其 发往相应的串口 ；另一方面，处理串口的数据，将其发送到远端。如今，各种类型的工业以太 网串口服务器的出现，虽然在功能、通信速率、远程传输方面满足了实际的要求。然而，随着 各种通讯设备的大量使用以及新技术的出现，以往设备的缺陷也逐渐显露出来，其主要问 题有其一，现场采集数据的通道(RS232/485)过少，如要扩充通道，则需相应增加更多的 芯片，成本大大提高；其二，数据采集及转发速率低下，无法满足实时要求；其三，对以太网 控制芯片的相关编程操作复杂。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够实现多通道采集、成本低、操作简单的基于 DSP的工业以太网串口服务器。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种基于DSP的工业以太网串口 服务器，包括DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器的信号输入输出端分别与多个以太 网控制模块和多个异步串行通信接口模块相连，DSP数字信号处理器通过以太网控制模块 与多个远程主站通讯，DSP数字信号处理器通过异步串行通信接口模块与外部数据采集终 端通讯，DSP数字信号处理器采用I2C总线协议与用于存储网络参数信息、串口通信参数信 息的参数存储器通信。本发明的另一目的在于提供一种基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法， 该方法包括下列顺序的步骤(1)上电初始化，DSP数字信号处理器读取参数存储器内存储的网络参数信息和 串口通信参数信息，写入对应芯片的相应内部信息区域中，完成参数配置；(2)DSP数字信号处理器实时检测数据来源，若是从以太网传来的数据包且帧格式 合法，DSP数字信号处理器以地址指针直接总线寻址的方式，查询当前存在的串口号并发送 到此串口号；(3)若是从异步串行通信接口模块中取出的数据，DSP数字信号处理器对数据进 行打包处理，通过以太网控制模块将数据传送至以太网。由上述技术方案可知，本发明使用异步串行通信接口模块外部接口地址空间，节省硬件资源的同时，利于扩展更多的功能；采用直接寻址的方式，与多个以太网控制模块和 多个异步串行通信接口模块进行读写、数据交互，如同访问外部存储器，稳定性显著提高; 所采用的以太网控制模块和异步串行通信接口模块都支持高速的数据传输，通信速率得以 保障；可面向多用户，多任务处理；体积小，安全可靠，有效降低了整个系统的投资，有明显 的经济效益。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的应用示意图；图3是本发明的控制方法流程图；图4、5分别是图3中网络数据收发处理、串口数据收发处理的控制方法流程图。
具体实施例方式一种基于DSP的工业以太网串口服务器，包括DSP数字信号处理器1，DSP数字信 号处理器1的信号输入输出端分别与多个以太网控制模块2和多个异步串行通信接口模块 3相连，DSP数字信号处理器1通过以太网控制模块2与多个远程主站9通讯，DSP数字信 号处理器1通过异步串行通信接口模块3与外部数据采集终端10通讯，DSP数字信号处理 器1采用I2C总线协议与用于存储网络参数信息、串口通信参数信息的参数存储器5通信， 如图1所示。结合图1，所述的DSP数字信号处理器1采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯 片的AO A15引脚分别接多个以太网控制模块2和多个异步串行通信接口模块3，所述的 以太网控制模块2采用W5100芯片，所述的异步串行通信接口模块3采用TL16C752B芯片， TMS320F2812芯片通过外部接口地址空间与TL16C752B芯片交互式连接，TMS320F2812芯片 通过外部接口地址空间与W5100芯片交互式连接。TMS320F2812芯片的GPIO引脚分别接 LCD液晶显示屏5、收发数据指示模块8和用于实时显示所有串口的配置信息及网络IP、端 口号的参数信息的参数信息显示模块。TMS320F2812芯片外接电源管理模块、有源晶振模块 和看门狗模块，TMS320F2812芯片采用SPI总线协议与FLASH存储器4通信，TMS320F2812 芯片采用I2C总线协议与参数存储器5通信。所述的收发数据指示模块8由一组红色发光 二极管和一组绿色发光二极管组成，红色的发光二极管点亮表示正在发送数据，绿色的发 光二极管点亮表示正在接收数据。同时收发数据指示模块8也指明此时进行读写的端口号 和串口号。结合图1，所述的TL16C752B芯片内含双UART，并自带64字节的收发FIFO，最大 波特率可达3Mbps。通过相应的译码芯片，将各个TL16C752B芯片的片选信号映射到DSP 数字信号处理器1的XINTF ZoneO (0x002000-0x004000)的地址区域，使用DSP数字信号 处理器1的读写控制信号R/f直接驱动各个TL16C752B芯片的读控制信号]和写信号 I0W。所述的W5100芯片内部集成有10/100M以太网控制器，内置硬件TCP/IP协议栈支持 TCP、UDP等网络协议，每个W5100芯片支持4个独立端口同时运行。亦通过译码器芯片， 采用直接并行总线方式，将各个W5100芯片的片选信号映射到DSP数字信号处理器1的 XINTFZone2 (0x080000-0x100000)地址区域，使用DSP数字信号处理器1的读写控制信号R/W直接驱动各个W5100的读控制信号RD和写信号WR。结合图2，所述的以太网控制模块2通过网卡接口 RJ45接入以太网，并与多个远 程主站9通信，所述的异步串行通信接口模块3通过RS232接口或RS485接口与外部数据 采集终端10相连，所述的以太网控制模块2、异步串行通信接口模块3的个数均为5 10 个。本发明设在多个远程主站9与各外部数据采集终端10之间，对于众多的端口和串口， 通过本发明，远程主站9与外部数据采集终端10之间可实现数据的无缝对接。结合图3，在工作时，首先上电初始化，即对所有芯片的正常复位初始化。其次进行 参数信息的读取及配置，DSP数字信号处理器1读取参数存储器5内存储的网络参数信息 和串口通信参数信息，写入对应芯片的相应内部信息区域中，完成参数的配置过程。再次进 行数据收发，DSP数字信号处理器1实时检测数据来源，若是从以太网传来的数据包且帧格 式合法，DSP数字信号处理器1以地址指针直接总线寻址的方式，查询当前存在的串口号并 发送到此串口号；若是从异步串行通信接口模块3中取出的数据，DSP数字信号处理器1对 数据进行打包处理，通过以太网控制模块2将数据传送至以太网。在数据收发的同时，进行 指示。结合图4，首先将配置好的网络端口全部打开，启动服务器监听，一旦监听到请求 数据的命令，将建立一对多或一对一的网络通道握手连接。网络通道建立后，读取以太网控 制模块2内部数据接收寄存器中相应Bit位的方式，若此Bit位对应着某一特殊的含义，认 定有数据到来，进行解析数据包的处理，提取有效数据域内容，记录当前的端口号，并用地 址指针寻址的方式，指向异步串行通信接口模块3所在DSP内部的地址映射区域，轮询查找 可用的串口信息状态，当发现有串口符合要求时，将数据转入串口，完成数据的交换。结合图4，一般情况下，利用以太网建立的网络通道是相对稳定的，但是，由于某些 环境或人为因素的原因，可造成网络通道的阻塞或断开，通道的阻塞可认定为数据传输的 超时。对于超时的判断，通过实时判断心跳时间，在正常的网络通道良好的情况下，这个时 间一直会远大于零，如果检测到心跳时间为零，则判定为网络数据传输超时，此时将主动关 闭网络端口，重新开始监听；而通道的断开可通过实时查询W5100芯片内部相应寄存器的 相应状态位，若此状态位对应着某一特殊的含义，认为网络连接断开，再次开始监听。结合图5，首先将相关串口信息参数配置到所有异步串行通信接口模块3的各个 UART通道中，具体配置一些串口的波特率、奇偶校验、停止位和数据位；DSP数字信号处理 器1 一旦检测到有请求数据的命令，解析数据并提取数据的有效域内容，并用地址指针寻 址的方式，指向异步串行通信接口模块3所在DSP数字信号处理器1内部的地址映射区域， 对串口号的译码寻址处理，译码操作后，将采集到的且远程主站9需要的数据进行组包，在 使用地址指针寻址的方式，此时要指向以太网控制模块2所在DSP数字信号处理器1内部 的地址映射区域内，轮询查找网络端口的信息，当发现端口符合要求时，将数据发至以太网 上，传至远程主站9。结合图5，判断串口通讯状态是否正常时，当召测命令下发到外部数据采集终端 10，等待一定的时间后，若多次发现外部数据采集终端10无有效数据应答，可认定串口通 讯处于非正常状态，此时，用地址指针的方式将相应的串口关闭，置一个特殊标志状态，减 少下次对串口号寻址的时间。本发明实时地对所有网络客户端进行数据监听，一旦捕捉到合法的TCP/IP数据
6包后，将有效的数据信息解析出来，经TMS320F2812芯片内部寻址，查找当前的服务端口 号，按照内部编排好的服务端口号和串口号的之间对应的所属关系，寻找异步串行通信接 口模块3所在的地址空间，找到与之对应的串口号，将数据发往该串口上。同理，亦能从 UART中取出来自串口上的数据，进行TCP/IP的打包处理，通过以太网控制模块2传送至以 太网。
权利要求
一种基于DSP的工业以太网串口服务器，其特征在于包括DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器的信号输入输出端分别与多个以太网控制模块和多个异步串行通信接口模块相连，DSP数字信号处理器通过以太网控制模块与多个远程主站通讯，DSP数字信号处理器通过异步串行通信接口模块与外部数据采集终端通讯，DSP数字信号处理器采用I2C总线协议与用于存储网络参数信息、串口通信参数信息的参数存储器通信。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的工业以太网串口服务器，其特征在于所述的DSP 数字信号处理器采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的AO A15引脚分别接多个以 太网控制模块和多个异步串行通信接口模块，所述的以太网控制模块采用W5100芯片，所 述的异步串行通信接口模块采用TL16C752B芯片，TMS320F2812芯片的GPIO引脚分别接 LCD液晶显示屏、收发数据指示模块和用于实时显示所有串口的配置信息及网络IP、端口 号的参数信息的参数信息显示模块，TMS320F2812芯片外接电源管理模块、有源晶振模块和 看门狗模块，TMS320F2812芯片采用SPI总线协议与FLASH存储器通信，TMS320F2812芯片 采用I2C总线协议与参数存储器通信。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的工业以太网串口服务器，其特征在于所述的以 太网控制模块通过网卡接口 RJ45接入以太网，并与多个远程主站通信，所述的异步串行通 信接口模块通过RS232接口或RS485接口与外部数据采集终端相连，所述的以太网控制模 块、异步串行通信接口模块的个数均为5 10个。
4.根据权利要求2所述的基于DSP的工业以太网串口服务器，其特征在于所述的收 发数据指示模块由一组红色发光二极管和一组绿色发光二极管组成。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，该方法包括 下列顺序的步骤(1)上电初始化，DSP数字信号处理器读取参数存储器内存储的网络参数信息和串口 通信参数信息，写入对应芯片的相应内部信息区域中，完成参数配置；(2)DSP数字信号处理器实时检测数据来源，若是从以太网传来的数据包且帧格式合 法，DSP数字信号处理器以地址指针直接总线寻址的方式，查询当前存在的串口号并发送到 此串口号；(3)若是从异步串行通信接口模块中取出的数据，DSP数字信号处理器对数据进行打 包处理，通过以太网控制模块将数据传送至以太网。
6.根据权利要求5所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，其特征在于 首先将配置好的网络端口全部打开，启动服务器监听，一旦监听到请求数据的命令，将建立 一对多或一对一的网络通道握手连接；网络通道建立后，读取以太网控制模块内部数据接 收寄存器中相应Bit位的方式，若此Bit位对应着某一特殊的含义，认定有数据到来，进行 解析数据包的处理，提取有效数据域内容，记录当前的端口号，并用地址指针寻址的方式， 指向异步异步串行通信接口模块所在DSP内部的地址映射区域，轮询查找可用的串口信息 状态，当发现有串口符合要求时，将数据转入串口，完成数据的交换。
7.根据权利要求5所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，其特征在于 首先将相关串口信息参数配置到所有异步串行通信接口模块的各个UART通道中，具体配 置一些串口的波特率、奇偶校验、停止位和数据位；DSP数字信号处理器一旦检测到有请求 数据的命令，解析数据并提取数据的有效域内容，并用地址指针寻址的方式，指向异步串行通信接口模块所在DSP数字信号处理器内部的地址映射区域，对串口号的译码寻址处理， 译码操作后，将采集到的且远程主站需要的数据进行组包，在使用地址指针寻址的方式，此 时要指向以太网控制模块所在DSP数字信号处理器内部的地址映射区域内，轮询查找网络 端口的信息，当发现端口符合要求时，将数据发至以太网上，传至远程主站。
8.根据权利要求5所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，其特征在于 所述的DSP数字信号处理器采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的AO A15引脚分别 接多个以太网控制模块和多个异步串行通信接口模块，所述的以太网控制模块采用W5100 芯片，所述的异步串行通信接口模块采用TL16C752B芯片，TMS320F2812芯片的GPIO引脚分 别接LCD液晶显示屏、收发数据指示模块和用于实时显示所有串口的配置信息及网络IP、 端口号的参数信息的参数信息显示模块，TMS320F2812芯片外接电源管理模块、有源晶振模 块和看门狗模块，TMS320F2812芯片采用SPI总线协议与FLASH存储器通信，TMS320F2812 芯片采用I2C总线协议与参数存储器通信。
9.根据权利要求6所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，其特征在于 在判断网络通道是否超时时，通过实时判断心跳时间，若检测到心跳时间为零，则判定为网 络数据传输超时，此时将主动关闭网络端口，重新开始监听；在判断是否断开时，通过实时 查询W5100芯片内部相应寄存器的相应状态位，若此状态位对应着某一特殊的含义，认为 网络连接断开，再次开始监听。
10.根据权利要求7所述的基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法，其特征在 于判断串口通讯状态是否正常时，当召测命令下发到外部数据采集终端，等待一定的时 间后，若多次发现外部数据采集终端无有效数据应答，可认定串口通讯处于非正常状态，此 时，用地址指针的方式将相应的串口关闭，置一个特殊标志状态，减少下次对串口号寻址的 时间。
全文摘要
本发明涉及一种基于DSP的工业以太网串口服务器，包括数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP的信号输入输出端分别与多个以太网控制模块和多个串行通信接口模块相连，数字信号处理器DSP通过以太网控制模块接入以太网，数字信号处理器DSP通过串行通信接口模块与外部数据采集终端通讯，数字信号处理器DSP采用I2C总线协议与参数存储器通信。本发明还公开了一种基于DSP的工业以太网串口服务器的控制方法。本发明采用直接寻址的方式，与多个以太网控制模块和多个串行通信接口模块进行读写、数据交互，如同访问外部存储器，稳定性显著提高；所采用的以太网控制模块和串行通信接口模块都支持高速的数据传输，通信速率得以保障。
文档编号H04L12/28GK101895397SQ201010225408
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者崔北京, 李林, 金治夫, 陶维青 申请人:安徽科大鲁能智能电网技术有限公司