基于ARM的多路串行和以太网通信技术的研究与应用

摘要

近年来，随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展，对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前，很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时，随着以太网技术的发展和普及，这些设备的串行数据需要通过网络进行传输，因而有必要寻求一种解决方案，以实现技术上的革新。 本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析，在此基础上，设计一个嵌入式系统一基于APM处理器的多路串行通信与以太网通信系统，来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作：首先，分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态，通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点，设计出了一种采用CPID技术和CAN总线技术相结合的新型技术，并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点，对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后，根据课题的实际需求，对系统进行总体设计和功能模块划分，并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上，对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后，将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析，达到了设计要求。

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致谢

1引言

1.1研究的背景与意义

1.2关键研究技术和设计目标

1.2.1嵌入式处理器的意义

1.2.2串行通信现状

1.2.3以太网通讯技术的发展

1.2.4课题设计目标

1.3课题研究工作和论文安排

2 F8-DCS系统I/O通讯模块描述与设计要求

2.1 I/O通讯模块的设计要求和重点

2.2 I/O通讯模块总体设计概述

2.2.1硬件设计概述

2.2.2软件设计概述

2.3 MCU的选择和设计

2.3.1 MCU的选择依据

2.3.2 LPC2131-ARM7处理器及外围设计

本章小结

3多路串行通信的研究与设计

3.1串行通信技术

3.2目前多路串行通信的主要方法

3.3新型多路串行通信设计方案的提出

3.3.1通讯接口总线的选择

3.3.2技术方案

本章小结

4串口通信协议的研究与设计

4.1串口通信的数据帧结构

4.2串口通信中的帧同步方法

4.3串口通信帧同步协议设计

4.3.1串口通信帧定义

4.3.2有限状态机同步帧读取数据设计

本章小结

5基于F8-DCS系统I/O通讯模块的总体设计

5.1 I/O网络通信硬件设计

5.1.1多路串口通信硬件设计

5.1.2以太网通信硬件设计

5.1.3 I2C总线接口的设计

5.1.4系统电源的设计

5.2 I/O网络通信模块软件设计

5.2.1 ARM芯片启动代码及流程

5.2.2 LPC2131数据缓存区定义

5.2.3 LPC2131主函数及子函数

5.2.4 主I2C与从I2C通讯程序实现

5.2.5串口与以太网口之间数据协议帧转化的软件实现

本章小结

6系统测试

6.1联机仿真调试

6.2通讯速度指标

6.3 F8-DCS系统搭建测试

6.4 F8-DCS系统现场试验

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

作者简历