基于LM3S8962的串口通讯服务器的设计

摘要

在自动化工业系统等领域中重要设备的数据通信多采用RS-485／CAN总线模式。RS-485总线具有传输速度快、成本低廉、结构简单、实时性和抗干扰能力较强等诸多优点；CAN总线是有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线,广泛应用于工业控制领域。
　　 随着Internet的普及,基于以太网技术和TCP／IP协议构建的互联网已经延伸到工业系统的每个角落。工业以太网与其它现场总线或工业通讯网络相比,以太网具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可与多个主机通信、可持续发展、潜力大等优点,因此不仅垄断了工厂综合自动化的信息管理层网络,而且在过程监控层网络也得到了广泛应用,并且有直接向下延伸,应用于工业现场设备层网络的趋势。
　　 根据三种网络的优缺点,基于低成本、简便性、可靠性和通用性原则,本文设计嵌入式串口通讯服务器综合了串行通信和网络传输的优点,让串行设备实现网络连接,使原本不具备联网功能并分散各地的串行设备连入到网络中,充分利用现有的Internet资源进行数据传输和管理,更好地为串行设备和远端主机服务。本设计核心为Luminary LM3S8962微处理器,其中央处理芯片采用基于ARMv7架构的Cortex-M3处理器内核。本文在对国内外嵌入式串口通讯服务器综述的基础上,论述了设计串口服务器的总体方案,详细阐述了系统硬件、软件的设计及开发。主要内容包括以下几部分:嵌入式实时系统uC／OS—Ⅱ移植；以太网、485通讯协议和CAN协议的分析与研究；嵌入式实时系统uC／OS—Ⅱ环境下编写程序,实现以太网与485通讯协议、以太网与CAN协议的转换,进而实现RS-485-Ethernet和CAN-Ethernet之间的数据传输。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究课题的来源和意义

1.2 串口通讯服务器的研究进展

1.2.1 串口服务器国内研究现状

1.2.2 串口服务器国外研究现状

1.3 选题方案分析

1.4 课题研究的主要内容

1.4.1 论文研究的主要内容

1.4.2 论文的结构安排

第二章 系统整体设计

2.1 系统结构框架

2.2 核心控制器LM3S8962

2.3 设计方案的选定

2.3.1 ARM Cortex-M3处理器内核

2.3.2 以太网传控制器

2.3.3 控制器局域网

2.3.4 通用异步收发器

2.4 本章小结

第三章 硬件电路分析

3.1 硬件设计原则

3.2 电源电路

3.3 CPU电路

3.4 以太网接口电路

3.5 RS-485总线接口电路

3.6 CAN-BUS接口电路

3.7 本章小结

第四章 嵌入式实时操作系统UC/OS-Ⅱ

4.1 嵌入式实时操作系统简介

4.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ

4.2.1 μC/OS-Ⅱ的概况

4.2.2 μC/OS-Ⅱ的初始化和启动

4.2.3 μC/OS-Ⅱ管理

4.2.4 μC/OS-Ⅱ多任务管理实现

4.3 μC/OS-Ⅱ的移植

4.4 本章小结

第五章 TCP/IP协议栈

5.1 TCP/IP的主要协议

5.2 TCP/IP的通信

5.2.1 SOCKET接口函数

5.2.1 面向连接的服务器/客户端通信

5.2.3 TCP/IP数据通信处理

5.3 本章小结

第六章 RS-485与TCP/IP数据传输处理

6.1 RS-485总线

6.1.1 RS-485总线

6.1.2 串行异步通信数据格式

6.2 RS-485数据处理

6.2.1 串口初始化及发送数据使用函数

6.2.2 串口初始化

6.2.3 串口数据的发送

6.2.4 串口接受数据使用函数

6.2.5 RS-485的中断接收数据

6.3 TCP/IP与RS-485数据传输处理

6.3.1 RS-485到TCP/IP数据传输实现

6.3.2 TCP/IP到RS-485数据传输实现

6.4 本章小结

第七章 CAN与TCP/IP数据传输处理

7.1 CAN总线协议

7.1.1 CAN总线协议概述

7.1.2 CAN总线报文格式

7.2 CAN数据处理

7.2.1 报文对象的数据结构tCANMsgObject

7.2.2 CAN初始化

7.2.3 发送报文对象

7.2.4 接收报文对象

7.2.5 中断处理

7.3 CAN与TCP/IP数据传输处理

7.3.1 CAN到TCP/IP数据传输实现

7.3.2 TCP/IP到CAN数据传输实现

7.4 本章小结

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目