基于MPC860T的嵌入式通信服务器的设计与实现

1.引言

随着IP技术的迅速发展，“Everything over IP”的观念已深入人心。如何有效的将物理上分布于各个地方的串行设备接入互联网，以实现基于IP技术的遥测遥控成为当前研究和应用的一个热点。论文以嵌入式实时操作系统VxWorks和高性能的嵌入式微处理器MPC860T为软硬件平台，提出了一个适合各种速率的串行设备接入IP网络的高性能通信服务器的解决方案，它充分发挥了操作系统VxWorks的实时性以及嵌入式微处理器MPC860T在网络、通信方面的卓越性能。利用该通信服务器不但可以将低速率的串行设备接入互联网，也可以将具有较高速率、对实时性有较高要求的串行设备接入互联网。

2.串口通信服务器的体系结构

在实际应用中，各种监测、控制设备多以串行通信的方式的和外界通信。而串行设备千差万别，特别是在数据的传输速率和数据格式方面有很大的不同：既有利用UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用异步收发）协议传输的低速率数据，又有利用HDLC（high-level data link cont rol,高级数据链路控制）等协议传输的高速率数据；对数据传输实时性的要求也有很大区别：既有非实时性的串行数据传输，也有对实时性要求比较严格的串行数据，如音、视频数据，高速设备的实时监控数据等。如何有效的将各种串行设备合理的接入IP网络，以实现基于互联网的分布式远程监控呢？论文根据这一需求，提出了一种如图1所示的串口通信服务器的体系结构，该串口通信服务器能够较好的将各种串行设备接入IP网络，并且在实时性方面有比较突出的表现：能够将各种高速、实时性的音视频数据快速接入IP网络，以实现基于IP网络的遥测遥控。

图1 串口通信服务器体系结构

在图1所示的串口通信服务器体系结构中，服务器配置程序为用户提供了一个基于C/S模式的服务器通信参数配置接口，用户可以利用运行于个人计算机上的客户端配置程序与通信服务器的配置串口通信以随时改变通信参数；嵌入式实时操作系统主要完成各种任务的实时调度、中断管理、系统资源管理等功能；所谓BSP（Board Support Package，板级支持包）就是针对该通信服务器特定的硬件平台所编写的底层程序，它依赖于硬件，主要包括初始化代码和部分驱动程序；FEC(Fast Ethernet Controller,快速以太网控制器)驱动程序提供双工100/10M自适应以太网控制器驱动；双内核的嵌入式微处理器用于运行操作系统、应用程序、配置程序以及通信协议的底层微码；外围接口层对外提供各种标准的通信接口，如RS-232、RJ-45等。

3.串口通信服务器的硬件实现

在串口通信服务器中，嵌入式微处理器的性能无疑是影响整个通信服务器性能的一个关键因素，根据图1所示的通信服务器体系结构，论文选用Freescale公司的双内核嵌入式微处理器MPC860T。它是一款集成了双内核和丰富的外围设备的微处理器，可广泛应用于各种控制领域，特别是在通信和网络领域有着优异的性能，其组成如图2示。基于PowerPC体系结构的MPC8xx内核主要负责操作系统和应用程序的运行；CPM模块拥有独立的基于RISC的通信处理器，该通信处理器主要为SCC（Serial Communications Controllers，串行通信控制器）、SMC（Serial Management Controllers，串行管理控制器）等通信信道提供服务、执行通信协议的底层代码以及控制DMA。SIU主要负责系统的启动、初始化、中断以及外部总线功能等。FEC提供10/100M以太网控制功能，它提供独立的FIFO和突发DMA，因此可以在不影响CPM性能的情况下提供10/100M以太网连接。其中4个SCC通道可以独立配置成HDLC模式、异步HDLC模式、10M以太网模式等；2个SMC通道可以配置成UART模式、透明传输模式等。

图2 嵌入式微处理器MPC860T框图

在实际应用中UART协议和HDLC协议是串口通信常用的两种通信协议，并且HDLC是其它众多协议（如SDLC、SS＃7等）的基础，因此该通信服务器的串口协议采用HDLC和UART。基于MPC860T的串口通信服务器的硬件组成如图3所示。在该串口通信服务器中4个SCC通道分别独立工作于双工的HDLC模式,以提供高速实时的串行数据传输，快速接入以太网；2个SMC通道独立工作在UART模式提供低速率的数据通信，SMC1提供系统级和任务级调试用串口，用户可以利用SMC1通过运行在个人计算机上的程序来配置服务器的相关参数，SMC2提供低速的串口通信。FEC接口提供双工100/10M 以太网接入端口；4M的Flash用来存储操作系统、用户应用程序、服务器配置程序等；32M的SDRAM用来运行应用程序、存储运行过程的数据等。BDM端口供软硬件仿真调试使用，利用VisionProbe通过BDM口可以对软硬件进行调试。