嵌入式串口网关的设计系统结构分析

引言

Internet 技术的广泛普及，全球各个领域的不同企业已经对“让设备联网”达成共识，而在工业控制和通信设备中，更多的却是符合RS232 标准的串行口设备。如何将多个串行口的数据转发到网络上，实现设备的远程控制、数据的远程传输便成了一个亟待解决的问题。同时，考虑到成本问题，以往设备又不可能全部淘汰。因此，本文提出一种嵌入式网关可从根本上解决这一难题。多串口转换网关使得串口数据流到以太网数据流的传输成为可能。它能连接多个RS232 串口设备，并将串口数据进行选择和处理，把RS232 接口的数据流转化成以太网数据流，这样就可以进行网络化的数据处理，实现串行数据的网络化。采用此种方案，无需淘汰原有串口设备，多台设备可同时入网，既可以提高设备利用率，GM8142 可实现低成本、较高速度、控制简单的多串口方案。

系统结构

TCP/IP 协议由应用层、UDP 层、IP 层和数据链路层组成。为了实现透明传输，增加应用进程协议层——串口层。串口层由串口链路层和串口网络层构成。网关在串口层构建，同时解析RS232 数据包，并作为TCP/IP网络应用层的数据传输。多串口网关由TCP/IP协议转换模块和多串口收发控制模块组成，结构如图1 所示。

又节约组网费用，还可在已有的网络基础上简化布线复杂度。采用串口扩展芯片

图1 系统结构

根据实现的功能，系统主要由以下两部分组成：

(1)TCP/IP 协议转换模块：它是一个微型的以太网接入模块，由微控制器、网络隔离变压器( HR601680 )、SDRAM ( HY57V561620T )、NOR-FLASH(AM29LV320DB)等组成。来自客户端的数据信息通过RJ45 以太网接口，网路接口芯片传送给微控制器，微控制器通过内嵌的TCP/IP协议栈，实现地址解析协议(ARP)、Internet 控制报文协议(ICMP)、IP 协议、用户数据报协议(UDP)等协议的解析和封包。在正常运行时，TCP/IP 协议转换模块的任务主要是将以太网发送缓冲区的串口帧封装在UDP 包中，并传给IP 层；同时，接收以太网数据帧并向上层层解包，分离应用层数据，然后数据的解析处理交由多串口发送模块完成，实现RS232 串口流与以太网端口流的透明转换。

(2)串口数据处理模块：它是一个多(最多32个)RS232 串口数据流的收/发控制模块，由微控制器、串口扩展芯片(GM8142)、MAX232 等元件组成。微控制器与GM8142 共同完成对多串口数据收发的控制：一方面接收多个串口源数据，封装后写入以太网发送缓冲区打包传输；同时，接收以太网应用层的数据，解析并从串口发出。对于串口处理模块来说，通信数据的具体形式并不重要，它的任务主要是接收/发送，封装/拆封串口帧，为网关提供通用接口。