基於VxWorks和MPC860T平台的嵌入式串口通訊伺服器的解決方案

基於VxWorks和MPC860T平台的嵌入式串口通訊伺服器的解決方案時間：2009-06-19 14:42:08
來源：微電腦資訊 作者：張會兵

1.引言 
隨
著IP技術的迅速發展，“Everything over
IP”的觀念已深入人心。如何有效將物理上分佈於各個地方的串列裝置接入互連網，以實現基於IP技術的遙測遙控成為當前研究和應用的一個熱點。論文以嵌
入式即時作業系統VxWorks和高效能的嵌入式微處理器MPC860T為軟硬體平台，提出了一個適合各種速率的串列裝置接入IP網路的高效能通訊伺服器
的解決方案，它充分發揮了作業系統VxWorks的即時性以及嵌入式微處理器MPC860T在網路、通訊方面的卓越效能。利用該通訊伺服器不但可以將低速
率的串列裝置接入互連網，也可以將具有較高速率、對即時性有較高要求的串列裝置接入互連網。
2.串口通訊伺服器的體繫結構
在實際應用中，
各種監測、控制裝置多以串列通訊的方式的和外界通訊。而串列裝置千差萬別，特別是在資料的傳輸速率和資料格式方面有很大的不同：既有利用
UART（universal asynchronous receiver
transmitter，通用非同步收發）協議傳輸的低速率資料，又有利用HDLC（high-level data link
control,高階資料連結控制）等協議傳輸的高速率資料；對資料轉送即時性的要求也有很大區別：既有非即時性的串列資料轉送，也有對即時性要求比較嚴
格的串列資料，如音、視頻資料，高速裝置的即時監控資料等。如何有效將各種串列裝置合理的接入IP網路，以實現基於互連網的分布式遠程監控呢？論文根據
這一需求，提出了一種1所示的串口通訊伺服器的體繫結構，該串口通訊伺服器能夠較好的將各種串列裝置接入IP網路，並且在即時性方面有比較突出的表
現：能夠將各種高速、即時性的音視頻資料快速接入IP網路，以實現基於IP網路的遙測遙控。

 

在
圖1所示的串口通訊伺服器體繫結構中，伺服器配置程式為使用者提供了一個基於C/S模式的伺服器通訊參數配置介面，使用者可以利用運行於個人電腦上的用戶端
配置程式與通訊伺服器的配置串口通訊以隨時改變通訊參數；嵌入式即時作業系統主要完成各種任務的即時調度、中斷管理、系統資源管理等功能；所謂
BSP（Board Support
Package，板級支援包）就是針對該通訊伺服器特定的硬體平台所編寫的底層程式，它依賴於硬體，主要包括初始化代碼和部分驅動程式；FEC(Fast
Ethernet
Controller,快速乙太網路控制器)驅動程式提供雙工100/10M自適應乙太網路控制器驅動；雙核心的嵌入式微處理器用於運行作業系統、應用程式、
配置程式以及通訊協定的底層微碼；外圍介面層對外提供各種標準的通訊介面，如RS-232、RJ-45等。
3.串口通訊伺服器的硬體實現
在串口通訊伺服器中，嵌入式微處理器的效能無疑是影響整個通訊伺服器效能的一個關鍵
因
素，根據圖1所示的通訊伺服器體繫結構，論文選用Freescale公司的雙核心嵌入式微處理器MPC860T。它是一款整合了雙核心和豐富的外圍裝置的
微處理器，可廣泛應用於各種控制領域，特別是在通訊和網路領域有著優異的效能，其組成2示。基於PowerPC體繫結構的MPC8xx核心主要負責操
作系統和應用程式的運行；CPM模組擁有獨立的基於RISC的通訊處理器，該通訊處理器主要為SCC（Serial Communications
Controllers，串列通訊控制器）、SMC（Serial Management
Controllers，串列管理控制器）等通訊通道提供服務、執行通訊協定的底層代碼以及控制DMA。SIU主要負責系統的啟動、初始化、中斷以及外部
匯流排功能等。FEC提供10/100M乙太網路控制功能，它提供獨立的FIFO和突發DMA，因此可以在不影響CPM效能的情況下提供10/100M乙太網路
串連。其中4個SCC通道可以獨立配置成HDLC模式、非同步HDLC模式、10M乙太網路模式等；2個SMC通道可以配置成UART模式、透明傳輸模式等。

在實際應用中UART協議和HDLC協議是串口通訊常用的兩種通訊協定，並且HDLC是其它眾多協議（如SDLC、SS＃7等）的基礎，因此該通訊伺服器的串口協議採用HDLC和UART。基於MPC860T的串口通訊伺服器的硬體組成3所示。在該串口通訊伺服器中，

4
個SCC通道分別獨立工作於雙工的HDLC模式,以提供高速即時的串列資料轉送，快速接入乙太網路；2個SMC通道獨立工作在UART模式提供低速率的資料
通訊，SMC1提供系統級和任務級調試用串口，使用者可以利用SMC1通過運行在個人電腦上的程式來設定管理員的相關參數，SMC2提供低速的串口通訊。
FEC介面提供雙工100/10M
乙太網路接入連接埠；4M的Flash用來儲存作業系統、使用者應用程式、伺服器配置程式等；32M的SDRAM用來運行應用程式、儲存運行過程的資料等。
BDM連接埠供軟硬體模擬調試使用，利用VisionProbe通過BDM口可以對軟硬體進行調試。
4.串口通訊伺服器的軟體實現
在串口通訊伺服器中，作業系統也是影響通訊伺服器整體效能的另一個關鍵因素。根據
圖
1所示的體繫結構和所使用的微處理器，論文選用美國風河公司的嵌入式即時作業系統VxWorks。VxWorks是美國風河公司推出的一款即時作業系統。
它以模組化構造並可高度裁減，這使其能夠在較小的儲存空間中高效穩定的運行，非常適合於各種高效能、多任務嵌入式即時系統的開發，廣泛應用於通訊、航空航
天等領域。VxWorks系統的構成主要有Wind核心、I/O系統、BSP以及網路通訊協定棧等。
   基於VxWorks作業系統構建的串口通訊伺服器軟體系統階層4所示。在該軟體

系
統中，由底向上依次是依賴於通訊伺服器硬體系統的BSP（包括UART驅動、HDLC驅動、config.h設定檔、makefile編譯規則檔案等）
和乙太網路驅動程式；與硬體無關的作業系統層；屬於應用程式層的泛型服務器配置程式。其中作業系統層由VxWorks提供，伺服器配置程式和BSP需要根據系統
硬體具體實現。FEC驅動需要作為BSP的一部分整合進整個軟體系統，之所以將FEC驅動單獨列出，是因為FEC驅動是通用的，僅僅需要在BSP中進行集
成。下面主要討論BSP和伺服器配置軟體的實現方案。
   4.1 通訊伺服器BSP設計與實現
   嵌入式系統中的BSP一般都是參考一個經過了嚴格測試的、功能比較類似的BSP來設計和實現的，串口通訊伺服器的BSP就是參考ADS860評估板的BSP來實現的。根據串口通訊伺服器的體繫結構和硬體實現，BSP的實現需要做以下工作：
將MPC860T的SCC1～SCC4通道設定成HDLC模式，實現HDLC驅動並將其掛接到VxWorks的TTY系統；
建立sysSccSerial.c檔案以支援HDLC驅動模式；
根據實際需要修改usrconfig.c或是usrSerial.c檔案以便將HDLC通道作為標準的I/O裝置；
修改config.h、configNet.h、makefile、apc860.h等檔案使相關的配置參數符合串口通訊伺服器的具體要求，去除對10M乙太網路的支援、添加對100/10M FEC乙太網路的支援；
        其中HDLC驅動程式的實現是BSP開發中的重要一環，因為SCCx通道的HDLC驅動需要滿足高速率、高即時性的要求，它的效能直接決定著整個通訊伺服器的效能。

4.2 通訊服務配置軟體設計與實現
   
串口通訊伺服器配置軟體是為使用者即時設定通訊伺服器的通訊參數而提供的應用程式。它基於C/S模式構建：由運行於串口通訊伺服器上的伺服器端配置軟體和運
行於使用者個人電腦上的用戶端軟體組成，它們通過電腦的串口和通訊伺服器的SMC1串口通訊。通訊伺服器的通訊參數主要包括SMC2
的UART協議相關參數和SCCx 的HDLC協議相關參數。
5.結束語
利用VxWorks即時作業系統和MPC860T嵌入式微處理器設計和實現的串口通訊伺服器
效能穩定、配置方便，具有很好的即時性，能夠較好的滿足各種串列裝置接入互連網的要求，特別適合於對資料轉送速率和即時性要求較高的串列裝置。利用串口通訊伺服器可以方便的將各種串列裝置接入IP網路，從而實現基於互連網的遠程即時監測和控制。

本文作者創新點：充分利用了VxWorks 的即時性和MPC860T SCC通道提供的高速HDLC串口接入功能，實現了將串列監控裝置高速接入IP網路和遠程即時監控技術。