异步串行接口与以太网服务器的连接_通信网络论文
关键词：以太网 串行接口 tini
很多电子设备利用串行接口与其它设备进行通信，其中有温度调节器、pos机、远程监控仪、条码扫描仪、票据打印机、射频标签收发器、血压计及其它现场使用的测试设备和新型自动化设备。大多数设备与外部的通信是通过串口进行的，不能直接连接到大型计算机网络，无法满足tcp/ip连接和以太网通信的需求。由于成本和时间问题，很少有人选择对系统进行重新设备的途径。利用本文介绍的基于ds80c390或ds80c400微控制器的tini平台，可以将孤立的串行设备连接到以太网。
1 tini和网络
tini（微网接口）是dallas semiconductor开发的一种技术平台，目的是协助用户快速整合ds80c390/ds80c400网络微控制器的研发，tini定义了一个芯片组，包含一个嵌入式操作系统，其中整合了经过高度优化的java运行环境。java编程者可从其中获得一般的嵌入式开发中不多见的强大功能：多线程、无和单元收集、继承性、虚拟化、跨平台能力 、强大的网络支持，以及—最后但很重要—大量免费的开发工具。tini使用乾通常不直接面对汇编代码。不过，为了优化严格要求速度的通道或者访问底层硬件，同时也支持并鼓励本地语言子程序（tini操作系统用本地代码写成，因此，串行i/o的吞吐率和现代pc没有明显差异）。除完全支持java.net包外，tini java运行环境还包含一个完整实现的javax.com子系统。通过java可毫不费力地访问tcp/ip和串行口，因此，tini系统可非常容易地用来实现串行口-以太网桥。
下面的例子中，tinim390验证模块（放置在e10插槽）是ds80c390 tini开发平台的硬件部分（tinim400是配合ds80c400制作的）。除了sram、flash、以太网、can总线、1-wire等，系统还有四个串口，其中ds80c390内部包括两个uart，另外两个是扩充的（采用一片16550选配件）。需要注意的是，e10插座上的两个串行连接器都被接到了serial0，它们只是在dte/dce引脚安排上有所差异。详细资料请参阅《tini特性和开发指南》，pdf文件可以从//www.ibutton.com/tini/book.html下载。
2 范例
下面介绍两具具体应用，并从一个普通的串行口-以太网程序中摘录片段出来。经过修改，它几乎可适应于各种应用。这些范例利用tinim390/400验证模块搭建而成，如图1所示。
可以把tini验证模块看成“黑盒子”，将多个串行设备挂接到以太网。根据最终设备的需要，tini可以让数据流直通，也以对数据进行解析、翻译或修改。尽管设计人员可以在tinim390/400的开发器外壳上运行这些范例，但更合理的做法将其驻留于内存之中，掉电之后还能够自启动，并利用其它一些tini构造技术使最终产品更加牢靠。如果想修改这些范例，需要具备一些基本的网络知识和编程经验。样例工作代码也可以dallas公司ftp站点（ftp://dalsemi.com）下载。
（1）虚拟调制解调器
虚拟调制解调器（modem）利用tinim390/400和tcp/ip连接，替代特殊调制器和电话线。假定有一个旧设备，比如某工厂的“机器状态监视器”，它利用一个调制解调器，一天之内数次拨号到一个中央服务器，报告机器的状态、负载和效率数据。为了削减服务器端日益增长的调制解调器库，并利用现有的lan取代连接到设备的电话线，我们可以重写服务器软件以支持tcp/ip，并且用tini虚拟调制解调器取代每个机器上原有的调制解调器。这样，机器状态监视器就不必再作任何修改，对于最终设备而言，虚拟调制解调器的使用和一个真正的调制解调器完全一样。
除了上述配置，虚拟调制解调器当然也可以成对使用。如果双方都使用虚拟调制解调器，就无须对服务器软件作任何改动，tini模块可直接替换现有的调制解调器。在此情况之下，虚拟调制解调器每次接到“aid”调制解调器拨号命令时，实际建立的是tcp连接。“ath”断开命令关闭tcp连接。软件也实现一系列其它的经典at调制解调器命令，并被诸如microsoft windows之类的网络系统认作真调制解调器，此外，虚拟调制解调器还可以侦听tcp端口，当收到“呼叫”信号时，向终端设备发出“振铃”。
下面的代码片段显示了如何对tinim390上的串行口进行初始化：
public static void man(string args[]){
tinios.setserialbootmessagesstate(false)；
tinios.setdebugmessagesstate(false);
tinios.setconsoleoutputenabled(false);
system.out.println("connecting to serial0 at 9600bps," "listening on tcp port 8001");
try{
commportidentifier portid=commportidentifier.getportidentifier("seria10");
serialport port=(serialport)=(serialport)portid.open("vmodemtini",10000);
tinios.estrtsctsflowcontrolenable(1,false);
tinios.setrtsctsflowcontrolenable(0,true);
tcpserialvirtualmodem modem=new tcpserial virtualmodem(port,/*comm speed */9600,/*tcp port */8001);
modem.processiuput();
}
catch (excepiton e){
system.out.println("exception:+e.tostring());
}
}
这段代码首先禁止掉所有来自tini os的调试输出——tini上的标准惯例。获得一个端口号后，打开这个端口（如果端口正在被另一个应用使用，第二个参数指明等待多久），接下来，设置硬件流控制状态。由于tinim390仅有一套rts/cts线用于串口0和1，在目标端口使用它们之前，程序首先应该关掉其它端口上的流控制，下面，就是一个java虚拟调制解调器范例。
虚拟调制解调器类似包含一个at命令解释器（未在此示出，尽管到目前为止，它是本范例中最大的一部分）和网络代码。下面的代码用来设置串口位速率、数据和停止位，以及奇偶位。从中可以看出，处理入站连接是何等简单：
/**creates a new virtualmodem connected to a serial port on
* one end and a tcp port on the data side.
* serial --the serial port this virtualmodem talks to.
* speed --the speed the serial port should be set to.
* tcpport --the tcp port this virtualmodem listens on.
* throws ioexception when there's a problem with the serial or tcp port.*/
public tcpserialvirtualmodem(serialport serial,int speed,int tcpport)
throws ioexception
{
super(serial);
try{
serial.setserialportparams(speed,serialport.databits_8,
serialport.stopbits_1,serialport.parity_none);
}
catch(unsupported commoperationexception e){
throw new ioexception();
}
…
serversock=new serversocket(tcpport,1);//backlog of one listenthread=new listeninbound();
listenthread.start();
}
最后，listenthrad()片段可接受一个到来的连接请求：
public void run() {
int rc;
socket s;
while (running){
s=null;//no incoming connection request
try {
answered=false;
s=serversock.accept();
//discard incoming connection if already connected
if(connected)
throw new ioexception();
sock=s;//for answer()
…
（2）ups监视器
第二个实例是将tinim390/400连接到一个不间断电源的串口。软件要用网络ups工具协议，允许多个客户端在多种平台上检测ups的状态。该项目源于需要由一台没有串口的新macintosh计算机监视现有的ups电源的需求。目前存在两种基本的ups设备，即所谓的智能型和简单型（或“哑巴型”）。简单的ups在多个串行引脚上指示其工作状态，它实际上输出任何ascii数据。由于不存在太多的串行引脚，因而它仅能够指示几组有限的，如表1所列。
表1
| 信 号 | 意 义 |
| rts（来自 ups） | 电池低 |
| td（来自 ups） | 使用电池 |
| cts（去 ups） | 关闭ups电源 |
具体实现部分见网络补充版（//www.dpj.com.cn）。
3 结论
很多现有设备仅支持异步串行通信，然而，当前的许多应用要求以太网和tcp/ip组网能力。利用强大的java运行环境和基于ds80c390和ds80c400微控制器的tini技术，很容易在极短时间内开发出一个串行口-以太网转换器。