Cómo funciona el servidor de puerto serie
1. Definición e introducción de servidor serie:
El servidor serie es un convertidor de interfaz de comunicación que completa la conversión de datos entre RS-232/485/422 y TCP/IP. Proporciona transmisión transparente bidireccional de datos entre el puerto serie del terminal RS-232/485/422 y la red TCP/IP, proporciona puerto serie a la función de red y RS-232/485/422 a la solución de red. Permite que el dispositivo del puerto serie se conecte a la red inmediatamente.
Con la amplia popularidad de Internet, "conectar todos los dispositivos a Internet" se ha convertido en el sentido común de las empresas de todo el mundo. Para mantenerse al día con la tendencia de la automatización de redes y evitar perder ventajas competitivas, es necesario establecer un sistema de redes de alto nivel para la recopilación de datos, el monitoreo de la producción y la gestión de costos en tiempo real. Al utilizar la implementación de transmisión de flujo de datos por puerto serie basada en TCP/IP para controlar y administrar el hardware del equipo, no hay necesidad de invertir mucha mano de obra y recursos materiales para la administración, reemplazo o actualización.
El servidor de puerto serie permite transmitir flujos de datos del puerto serie basados en TCP/IP. Puede conectar múltiples dispositivos de puerto serie y seleccionar y procesar los flujos de datos del puerto serie, haciendo que la interfaz RS 232 existente sea la. Los datos se convierten en datos del puerto IP, y luego se realizan la administración basada en IP y el acceso a datos basados en IP, de modo que los datos en serie tradicionales se puedan enviar a canales IP populares sin la eliminación prematura del equipo original, mejorando así la tasa de utilización de equipos existentes, ahorra inversión y simplifica la complejidad del cableado en función de la red existente. Lo que completa el servidor de puerto serie es el almacenamiento y control de los datos de comunicación entre un enlace RS 232 orientado a conexión y un Ethernet sin conexión. El sistema procesa varios datos, procesa el flujo de datos del puerto serie desde el dispositivo de puerto serie y realiza la conversión de formato. Conviértalo en una trama de datos que pueda propagarse en Ethernet; juzgue la trama de datos desde Ethernet y conviértala en datos en serie para enviar la respuesta al dispositivo del puerto serie.
2. Características del servidor de puerto serie:
ARP, IP, TCP, HTTP, ICMP, SOCK5, UDP, DNS y otros protocolos integrados internamente. La conversión RS-485/422 proporciona control automático de datos. Interfaz serie RS-232/422/485 tres en uno, velocidad de baudios de 300-230,4 KBPS. Admite IP dinámica (DHCP) e IP estática, admite puertas de enlace y servidores proxy y puede transmitir datos a través de Internet. Proporciona una transmisión de datos transparente bidireccional y los usuarios no necesitan realizar ninguna modificación en el sistema original. Todos los puertos serie tienen protección contra rayos de 600 W incorporada. Ethernet 10/100M, detección automática de conexión directa o cable cruzado. Puede admitir múltiples conexiones simultáneamente.
3. Modo de trabajo y modo de comunicación del servidor de puerto serie:
Modo de trabajo:
1. Modo de servidor: En este modo de trabajo, el servidor de red de puerto serie actúa como TCP En el lado del servidor, el convertidor escucha las solicitudes de conexión de los programas de la plataforma en el puerto TCP designado. Este método es más adecuado para que un convertidor establezca conexiones con múltiples programas de plataforma (un convertidor no puede establecer conexiones con múltiples programas de plataforma al mismo tiempo). mismo tiempo).
2. Modo cliente: en este modo de trabajo, el servidor de red del puerto serie actúa como un cliente TCP. Cuando el convertidor está encendido, solicita activamente una conexión desde el programa de la plataforma. para múltiples convertidores simultáneamente Un programa de plataforma establece la conexión.
Modo de comunicación:
1. Modo de comunicación punto a punto: En este modo los conversores se utilizan por parejas, uno como servidor y otro como cliente, y un Se establece una conexión entre los dos, realizando una transmisión de datos transparente bidireccional. Este modo es adecuado para transformar la conexión de bus entre dos dispositivos serie en una conexión de red TCP/IP.
2. Utilice el modo de comunicación de puerto serie virtual: en este modo, uno o más convertidores establecen una conexión con una computadora para lograr una transmisión de datos transparente bidireccional. Los siguientes convertidores son administrados por el software del puerto serie virtual en la computadora, de modo que un puerto serie virtual puede corresponder a múltiples convertidores y N puertos serie virtuales pueden corresponder a M convertidores (N<=M). Este modo es adecuado para la conexión de bus 485 o 232 dispositivos donde el dispositivo serie es controlado por la computadora.
3. Modo de comunicación basado en red: en este modo, el programa de aplicación en la computadora escribe un programa de comunicación basado en el protocolo SOCKET. Simplemente seleccione admitir el protocolo SOCKET en la configuración del convertidor.
IV.Campos de aplicación del servidor de puerto serie:
Se utiliza principalmente en sistemas de control de acceso, sistemas de asistencia, sistemas de venta de comidas, sistemas POS, sistemas de automatización de edificios, sistemas bancarios de autoservicio. , monitoreo de salas de telecomunicaciones, monitoreo de energía eléctrica, etc.
5. Sistema de hardware y sus módulos:
1. Sistema de hardware
El sistema de hardware es la base para realizar las funciones de todo el sistema y es el clave para la implementación de todo el diseño.
La clave de todo el servidor de puerto serie radica en la conversión entre los paquetes de datos del puerto serie y los datagramas TCP/IP y el problema de coincidencia de tasas causado por las diferentes velocidades de datos de ambas partes durante la implementación del puerto serie. servidor de puerto, también debe centrarse en si el diseño y los dispositivos seleccionados pueden completar estas funciones.
(1) Componentes del sistema de hardware
La dificultad técnica encontrada al formular el plan de diseño y seleccionar el dispositivo es cómo usar el procesador para procesar la información de datos del puerto serie usando TCP/ Protocolo IP, convirtiéndolo en un paquete de datos IP que se puede transmitir a través de Internet. En la actualidad, la solución MCU + RTOS de 32 bits se utiliza a menudo para resolver este problema. Esta solución utiliza un microcontrolador de alta gama de 32 bits para desarrollar software en la plataforma RTOS (sistema operativo multitarea en tiempo real) e implementar TCP. /IP en el sistema integrado. Procesamiento de protocolos. Sus desventajas son: el precio del microcontrolador es alto y el ciclo de desarrollo es largo, requiere la compra de un costoso software de desarrollo RTOS, lo que requiere altas capacidades de desarrollo por parte de los desarrolladores;
Aprovechando las ventajas y desventajas de las soluciones anteriores, decidimos dividir la parte de hardware del servidor de puerto serie en varios diseños de módulos, que son el módulo de procesamiento principal, el módulo de procesamiento de datos del puerto serie y el Interfaz Ethernet y módulo de control. Ven y completa la función del servidor de puerto serie juntos.
En términos de selección de dispositivos, se selecciona el chip 801086 de Intel como chip procesador del módulo de procesamiento principal. Es un microprocesador de 16 bits altamente integrado y de alto rendimiento que es muy adecuado para aplicaciones integradas. , bajo consumo de energía. Teniendo en cuenta el problema de la falta de coincidencia de velocidades entre los dos lados causado por la baja velocidad de datos del puerto serie y la alta velocidad de transmisión de datos de Ethernet, decidimos utilizar una memoria de gran capacidad que cumpla con las especificaciones del bus como memoria de datos; el módulo de procesamiento principal también involucra líneas de datos /Si se utilizan diferentes dispositivos para completar funciones como multiplexación de líneas de direcciones, conversión de serie a paralelo, decodificación de señales de interrupción del dispositivo, generación de señales de reloj y control de acceso a señales, inevitablemente causará muchos problemas como retrasos de tiempo desiguales. Elegimos un La ventaja de utilizar dispositivos lógicos programables de alto rendimiento y gran capacidad para completar las funciones mencionadas anteriormente es que garantizamos estabilidad y alta confiabilidad, y las funciones programables de los dispositivos lógicos programables ocupan más espacio. para procesamiento de señales. Grande y tiene la ventaja de actualizarse.
La interfaz Ethernet y el módulo de control juegan un papel muy importante en el hardware del servidor de puerto serie. Procesa paquetes de datos IP desde Ethernet. Teniendo en cuenta el principio de versatilidad, utilizamos un chip de control Ethernet. se utiliza para completar estas funciones, y se agrega un AT24C01 al módulo de procesamiento principal para almacenar el estado del chip de control Ethernet. A través de la lectura/escritura de datos y registros del chip de control Ethernet por parte del módulo de procesamiento principal, podemos completar el análisis y la descompresión/compresión de paquetes de datos IP.
El módulo de procesamiento de datos del puerto serie completa principalmente la conversión de nivel y el procesamiento del formato de datos del flujo de datos del puerto serie, determina el bit de inicio y el bit de parada de los datos en serie y completa la extracción de datos y bits de verificación. . El diseño general utiliza la idea de diseño de MAX232 y un UART. Aquí también seguimos esta idea de diseño, pero usamos un chip que integra la función MAX232 + UART, que es de tamaño pequeño, bajo costo, bajo consumo de energía y adopta. la misma interfaz serial compatible con SPITM/QS-PITM/MICROWIRETM, ahorrando tamaño de placa de circuito y puertos de E/S del microcontrolador.
Las ventajas de esta solución modular son: el uso de un microcontrolador de 16 bits de alta velocidad, menos dispositivos periféricos y un bajo costo del sistema; y el uso de la plataforma de desarrollo de Intel, que puede acortar y reducir en gran medida el ciclo de desarrollo. costos de desarrollo.
(2) Flujo de trabajo del hardware y arquitectura de la aplicación
El procesador principal primero inicializa la red y el dispositivo serie Cuando los datos se transmiten desde Ethernet, el procesador analiza el datagrama. un paquete ARP (resolución de dirección física), el programa lo transfiere al controlador ARP. Si es un paquete IP y la capa de transporte usa UDP y el puerto es correcto, el datagrama se considera correcto después de descomprimir los datos. se pasa a través del puerto de salida del puerto serie correspondiente. Por el contrario, si los datos se reciben desde el puerto serie, los datos se empaquetan en formato UDP y se envían al chip de control Ethernet, que envía los datos a Ethernet. Se puede saber que el módulo de procesamiento principal maneja principalmente la capa de red y la capa de transporte de TCP/IP, y la capa de enlace la completa el chip de control Ethernet. La capa de aplicación proporciona sistemas de software para el procesamiento y los usuarios pueden procesar los datos recibidos según sus necesidades.
2. Módulos del sistema de hardware
Según la estructura específica y las diferentes funciones del sistema de hardware, podemos dividir el sistema de hardware en los siguientes módulos.
(1) Módulo de procesador principal
Este módulo es la parte central del servidor de puerto serie y está compuesto principalmente por un procesador principal, un dispositivo lógico programable, memoria de datos y programas y otros dispositivos. .
Las funciones completadas por el módulo de procesamiento principal incluyen principalmente: establecer un enlace de datos entre los datos del puerto serie y los datos IP de Ethernet; realizar la recepción y el procesamiento de paquetes de datos IP mediante el control de la lectura y escritura del control Ethernet; enviar chip; determinar el formato del flujo de datos en serie, completar la selección del dispositivo del puerto en serie y especificar el formato del flujo de datos en serie, controlar la velocidad entre el flujo de datos del puerto en serie y el paquete de datos IP; ; realizar UART y Ethernet El registro del chip de control de red realiza operaciones de lectura y escritura y almacena el estado del dispositivo de reenvío; completa la conversión de serie a paralelo de datos del bus de 16 bits; la función de selección de chip de cada puerto serie y cada dispositivo de almacenamiento completa la función de cada puerto serie. Interrumpe el juicio del estado del puerto y otras funciones.
(2) Módulo de control y interfaz Ethernet
Este módulo se compone principalmente de la parte de interfaz Ethernet y la parte de control Ethernet.
La parte de la interfaz Ethernet completa las funciones del servidor del puerto serie y el circuito de la interfaz Ethernet. El controlador controla todos los módulos para que todo el circuito de la interfaz pueda coordinarse con los circuitos posteriores para completar las funciones de envío y recepción de Ethernet. .
La parte de control de Ethernet consta del extremo receptor y el extremo transmisor. Entre ellos hay una unidad de control y detección del estado de Ethernet, así como un controlador de coordinación del transceptor, ver Figura 5. Dado que Ethernet funciona en modo semidúplex, esta parte debe monitorear el estado de Ethernet en cualquier momento, controlar Ethernet según sea necesario y coordinar el estado de funcionamiento de los circuitos transceptores internos. La unidad de detección de Ethernet y el controlador de coordinación del transceptor completan estas funciones. La unidad de detección de estado de Ethernet interactúa con el controlador de la interfaz Ethernet y envía el estado de la interfaz al controlador de coordinación del transceptor. Al mismo tiempo, procesa la señal de control del controlador de coordinación y la envía al controlador de la interfaz Ethernet. para controlar el estado de la interfaz.
En el extremo receptor, la señal del flujo de datos en serie recibida se convierte y codifica a través del módulo de procesamiento principal. La unidad de control Ethernet controla la coordinación de varias partes y envía la dirección, los datos y las señales de escritura generadas. La unidad de control de lectura y escritura de RAM realiza el procesamiento. En consecuencia, el flujo de trabajo del extremo de origen es opuesto al del extremo final.