基于SC28L198的多串口服务器设计

目前工业领域中有大量的设备不具备以太网接口，但这些设备都提供RS－232串口或RS－422/485串口。RS－232只能提供近距离数据传输，且速度不高。RS－422/485虽然能提供远距离数据传输，但却是独立于Internet之外，不便于网络管理。而以太网有传输速度快，传输距离远，能够为任何一台联网的计算机提供监控和数据存取服务。为使传统串口设备能够方便、快捷地接入互联网，笔者以ARM7处理器LM8962和串口扩展芯片SC28L198为核心构建嵌入式系统（串口服务器），完成以太网数据与串行口数据之间的相互转换。一方面，LM8962将SC28L198发送过来的串口数据打包成以太网数据帧，并通过自身的以太网控制器发往主机；另一方面，LM8962将收到的以太网数据解包，分离出数据和相应的串口设备号，然后通过SC28L198的相应通道发往串口设备。笔者简化了复杂的硬件电路设计，能够实现低成本、高速度的单芯片多串口扩展方案。采用该方案，能够将串口设备虚拟成计算机的一个COM接口，用户对串口设备进行远程操作无需考虑数据传输的复杂性。

1 串口服务器硬件结构

该系统选用TI公司生产的ARM芯片LM8962作为主控MCU以及选用Phillips公司生产的芯片SC28L198作为8通道UART控制器。

该系统的主要功能是完成TCP/IP协议与串口通信协议之间的相互转换。

主控制器LM8962是由LuminaryMicro公司开发的一款基于ARMCortex－M3MCU内核的32位微处理器。该处理器支持的最大主频为50MHz，具有嵌入式Flash和SRAM、运动控制PWM等内部模块。LM8962内部集成了以太网控制器，结合了Bosch控制器局域网技术和10/100以太网媒体访问控制（MAC）以及物理（PHY）层，简化了该系统以太网连接的硬件电路设计。该微控制器使用了兼容ARMThumb?的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。系统的硬件结构如图1所示。

图1硬件结构图

UART器件SC28L198提供了8路相互独立的全双工异步通道，每路UART通过同步总线接口与主机进行通信。每个通道的接收器和发送器均具有16个字符的FIFO，最大限度地减少了接收器超时的情况，使用用户定义的Xon/Xoff字符可实现自动带内流量控制，在唤醒模式下可进行地址识别。SC28L198同时还包括以下功能模块：

时序模块，其中包含一个可产生22个工业标准的波特率的通用波特率发生器和用来产生非标准波特率的2个16位计数器；I/O口控制模块和状态变化检测器模块；可仲裁24个中断的中断仲裁系统。为了降低软件开销，器件包含的中断仲裁系统通过直接访问或修改中断向量的方法来报告UART中断的情况。报告的中断上下文包括通道编号、器件中断类型（接收器COS等）、发送器或接收器FIFO的填充点。

2 串口扩展电路

图2描述了具有8通道的串口联网服务器的电路连接框图。串口服务器的硬件由两个主要芯片和其他外围电路组成。在SC28L198的管脚中，CEN、W_RN、IACKN、DACKN、IRQN、SCLK管脚控制着主机外部与内部数据总线与SC28L198之间的数据传输，管脚A7～A0为SC28L198与ARM相连的地址总线，D7～D0为SC28L198与ARM传输数据的数据总线。

图2电路连接框图

波特率发生器工作在振荡器或外部X1/CCLK时钟输入下，可以产生22个50.0～230.4k范围内的常用数据通信波特率。通常使用的外部晶振频率为3.6864MHz和7.3728MHz，在7.3728MHz工作频率下产生的波特率是3.6864MHz下产生的两倍。每个接收器和发送器可以工作在不同的波特率下，通过向波特率选择寄存器写入不同的选择代码将产生不同的波特率。

SC28L198的系统时钟（SCLK）可同时作为主机接口和其他内部电路的基本时间基准。为了确保内部控制器的正确操作，提供的SCLK频率必须大于X1晶体时钟的2倍或任何外部的1X数据时钟输入。由于LM8962芯片本身没有提供时钟信号输出引脚，若由定时器中断产生7.3728MHz以上频率的方波信号将使LM8962频繁处理中断程序，影响程序执行效率。当SC28L198工作在50MHz频率下，其中的PWM硬件模块最高可以产生25MHz输出，且不产生任何中断，因此LM8962将从频繁的查询和处理中断中解脱出来。

在该系统中，需根据不同的应用场合使用RS－232收发器或RS－422/485收发器及其外围电路。使用RS－232收发器可以进行近距离全双工通信，使用RS－422/485收发器能够进行远距离数据传输。由于整个系统工作于3.3V电压下，为了匹配TTL电平和RS－232电平或RS－422/485电平，该电路采用MAX3232芯片或MAX3485芯片。

LM8962内部集成的以太网控制器包含一个完整的MAC模块和PHY接口器件，简化了硬件电路设计。该以太网控制器完全支持10BASE－T和100BASE－TX标准