基于ARM7實時網(wǎng)絡的設計和實現(xiàn)

??????? 由于IP 尋址簡單， 適于異構網(wǎng)互連， 為實現(xiàn)分布式處理、實時監(jiān)控的測控系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了很好的條件。本文所構建的系統(tǒng)被用于將多個采集點的數(shù)據(jù)傳給主控機， 實時網(wǎng)絡還有其他三個采集節(jié)點， 主控機按順序給各個節(jié)點發(fā)指令字， 并依次從它們那里接收數(shù)據(jù)包， 其通信協(xié)議采用了T CP 和U DP。并以KEIL uVision3 的RT L 實時庫為軟件平臺， 基于ATMEL公司ARM7 系列處理器， 實現(xiàn)了完整的功能。

　　1 系統(tǒng)的硬件構成

　　1. 1 系統(tǒng)的硬件

　　系統(tǒng)的三個采集節(jié)點都采用ATMEL 的A T91SAM7X256, 該微控制器具備嵌入式10/ 100 以太網(wǎng)(Ethernet) MA C、CA N、全速( 12Mbps) U SB 2. 0。它針對廣泛的網(wǎng)絡化實時嵌入式系統(tǒng)而設計的，AT 91SAM7X256 還具備一個10 位模數(shù)轉換器( ADC) 、兩個串行外圍接口( SPI) 、同步串行接口( SSC) 、雙線接口( TWI) 、三個通用異步收發(fā)器( UART) 、一個8 級( 8- level) 優(yōu)先中斷控制器( pr ior ity inter rupt controller ) 和眾多的監(jiān)管功能。這個新型的50 MIPS MCU 擁有64KB 的靜態(tài)存儲器和256K B 的25ns 閃存， 這種閃存支持實時控制系統(tǒng)所需的可確定性處理能力。

　　主控機用PC 機， 操作系統(tǒng)用RedHat9. 0, 它主要用于輪詢各個采集節(jié)點， 并將從它們那里收到的數(shù)據(jù)包儲存和顯示出來。

　　1. 2 系統(tǒng)的拓撲結構

　　實時以太網(wǎng)的拓撲結構與以太網(wǎng)相同。主機通過以太網(wǎng)卡連到通信電纜上。通信電纜可以是同軸電纜， 也可以用非屏蔽雙絞線。如果是非屏蔽雙絞線， 則需要用HUB。

　　2 系統(tǒng)的軟件構成

　　2. 1 體系結構

　　實時以太網(wǎng)參照ISO 的OSI 模型， 采用縮減的網(wǎng)絡體系結構。網(wǎng)絡體系結構分為四層： 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層和應用層， 其中數(shù)據(jù)鏈路層又可細分為MAC 子層和LLC 子層。以太網(wǎng)卡實現(xiàn)了物理層和MAC 子層能; LLC子層設計為向傳輸層提供無連接無確認的服務。傳輸層實現(xiàn)基于消息的數(shù)據(jù)傳輸， 并向應用層提供網(wǎng)絡中節(jié)點間實時數(shù)據(jù)傳輸服務。下面將著重討論傳輸層協(xié)議的設計。

　　2. 2 KEIL uVision3 的RTL 實時庫

　　RealView RL- ARM 是為解決基于ARM MCU 的嵌入式系統(tǒng)中的實時及通信問題而設計的緊密耦合庫集合。

　　它可以非常方便地應用于所有A RM7、ARM9 和Cort ex-M3 系列的處理器， 使得在ARM 處理器上運行實時程序非常容易。它包含四個部分： RT X 實時內核、Flash 文件系統(tǒng)、TCP/ IP 協(xié)議簇、RT L - CAN ( 控制域網(wǎng)絡) , Real??

　　V iew 實時庫可以解決嵌入式開發(fā)中的如下幾個常見問題：

　　( 1) 多任務( 可以在單CPU 上管理幾個工作或任務) ;( 2) 實時控制( 可以控制任務在既定時間內完成) ;( 3) 任務間通信( 可以實現(xiàn)系統(tǒng)中的任務間通信) ;( 4) Internet 連接( 通過以太網(wǎng)或串口( Modem) ) ;( 5) 嵌入式Web 服務器( 包括CGI 腳本) ;( 6)E- mail 公告( 通過SMT P) 。

　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡功能正是構建在RT L 實時庫之上的。下面簡述一些RTL 實時庫的網(wǎng)絡函數(shù)。

　　( 1) TCP 發(fā)送函數(shù)BOOL t cp_ send ( U8 Socket , U8* buf, U16 dlen) ;其中Socket 為通信TCP Socket, 它包含了對方的IP和端口信息， buf 為要發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址， dlen 為發(fā)送數(shù)據(jù)包的最大值。

　　( 2)U DP 的發(fā)送函數(shù)udp _ send ( U8 Socket , U8 *remip, U16 rempor t, U 8 * buf, U16 dlen) , 其中Socket 為通信U DP S ocket , remip 為對方的IP 地址， rempor t 為對方的通信端口， buf 為要發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址， dlen 為發(fā)送數(shù)據(jù)包的最大值。

　　( 3) 接收數(shù)據(jù)時， RT L 實時庫不像BSD Socket 一樣有專門的接收函數(shù)， 而是利用回調機制， 即收到數(shù)據(jù)時， 就觸發(fā)相應的回調函數(shù)。另外， 對于T CP, 在回調函數(shù)里它有多個響應事件， 如TCP_EVT _CON REQ ( 連接請求) ; T CP_EVT_CONN ECT( 已建立連接) ; T CP_EVT _CLOSE( 連接已關閉) ; T CP_EV T_ABORT ( 連接異常終止) ; TCP_EV T_ACK( 發(fā)送的數(shù)據(jù)已被對方響應) ; T CP_EVT _DATA ( 收到數(shù)據(jù)包) , 提取收到的數(shù)據(jù)并進行處理就是在該事件下完成的。然而， 對于UDP, 它沒有各個響應事件。