实现基于TCP／IP的多串口转换网关

随着企业规模的扩大和Internet技术的广泛普及，全球各个领域的不同企业已经对“让设备联网”达成共识，而在工业控制和通信设备中，更多的却是符合RS232标准的串行口设备。如何将多个串行口的数据转发到网络上，实现设备的远程控制、数据的远程传输便成了一个亟待解决的问题。同时，考虑到成本问题，以往设备又不可能全部淘汰，因此，本文提出一种基于TCP／IP的多串口转换网关，可从根本上解决这一难题。

多串口转换网关使得串口数据流到以太网数据流的传输成为可能。它能连接多个RS232串口设备，并将串口数据进行选择和处理，把RS232接口的数据流转化成以太网数据流，这样就可以进行网络化的数据处理，实现串行数据的网络化。采用此种方案，无需淘汰原有串口设备，多台设备可同时入网，既可以提高设备利用率，又节约组网费用，还可在已有的网络基础上简化布线复杂度。采用串口扩展芯片

(1)TCP／lP协议转换模块

它是一个微型的以太网接入模块，由微控制器(MCU)、网卡接口芯片、EEPROM 93C46、片外512 KBSRAM芯片IS6lLV5128以及辅助元件构成。微控制器控制网卡接口芯片进行网络通信，实现地址解析协议(ARP)、Internet控制报文协议(ICMP)、IP协议、用户数据报协议(UDP)等协议的解析和封包。将以太网发送缓冲区的串口帧封装在UDP包中，并传给IP层；同时，接收以太网数据帧并向上层层解包，分离应用层数据，然后数据的解析处理交由多串口发送模块完成，实现RS232串口流与以太网端口流的透明转换。

(2)多串口收发控制模块

实现多个RS232串口数据流的收／发控制，包括微控制器、串口扩展芯片(GM8123)、MAX232等元件。微控制器控制

当两组串口同时有数据请求时，首先，MCU的中断机制判断中断请求的优先级，对优先级高的中断请求优先响应。系统对优先级分配：UART0为2，UARTl为1，即MCU优先响应UART0的中断请求。当UARTO的3个子口同时有数据请求时，通过轮询方式，对各个子口予以响应，即按照子口号的地址由小到大进行响应。这样，就形成了2级中断和4个串口的多串口实现方案。

3.2 多串口扩展芯片——GM8123

GM8123可将一个全双工的标准串口扩展成3个标准串口，并能通过外部引脚控制。选用该芯片是基于它的自身特点：

①采用写控制字的方式对芯片进行控制，控制简单；

②数据格式10位或11位可选；

③拥有3个子串口．且各子串口波特率可调(统一调节)；

④两种模式(单道模式和多道模式)可通过1根引脚控制；

⑤在多通道工作模式下，各子串口的波特率等于母串口波特率的4分频；

⑥在多通道工作模式下，接收时地址线SRADD1～0向MCU返回接收子通道的地址，MCU接收到母串口送来的数据后，就可根据SRADDl～0状态判断数据是从哪一个子串口送来的，发送时先由MCU选择子串口再向母串口发送数据；

⑦与标准串口通信格式兼容，TTL电平输出；

⑧每位采样16次，提高数据正确性；

⑨宽工作电压为2．3～6．7 V。

⑩输入地址引脚有50～80 kΩ下拉电阻，其他输入

引脚有50～80 kΩ上拉电阻(OSCI除外)。

3.3各串口的特点及应用分析

系统中两组串口利用的资源不同，在速率上它们之间存在差异。串口COMl、COM2和COM3通过GM8123扩展微控制器的UARTO得到，适合传输速率较慢、数据量小的设备；COM4是微控制器的UARTl，相对于第一组串口能很好的适应传输速率较快的设备。

GM8123工作在多道模式，各子串口必须设置统一波特率，不适用于各串口设备工作波特率不一致、又要求同时工作的场合，这也是该芯片的不足之处。实际应用中，COM1、COM2和COM3应该连接类型、速率相同的设备。COM4的波特率可以根据需求具体配置，这样，系统的4个串口从速率上可以形成两种应用方案：一是4个串口配置相同波特率；二是每l组配置1个波特率值。

综上所述，系统提供了由2组4个串口、两级优先级控制、2种波特率配置方案构成的多串口实现方法。

4 工作原理

4.1 帧的统一化

系统4个串口源的数据要作为以太网帧的一部分，为了向设备提供透明的接口和区分数据源，需要制定统一的帧格式。帧格式如图2所示，其中串口号字段用来区分数据源；帧头、帧尾作为一个串口帧的起始分界(可自定义)；数据部分是来自串口的原始数据流。同样，网口发送数据也要有一致的帧格式，如图3所示。显然，串口帧是作为UDP层的协议数据进行传输的。

4．2系统数据流向分析

多串口转换网关，实现多个串口和一个网口间的数据转换，关键是多个串口数据如何送到网络上、网络数据又怎样转到多个串口。其中，串口链路层完成串口数据收发功能，串口网络层作为T