專利名稱：一種面向智能樓宇的arm嵌入式串口網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬樓宇自動化技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)與樓宇自動化的結(jié)合技術(shù)。
背景技術(shù)：
樓字自動化中使用了大量串行通信設(shè)備，它們采用了不同的串行通信協(xié)議，導(dǎo)致智能建筑管理系統(tǒng)(IBMS)及其他監(jiān)控中間件在和這些設(shè)備通信要分別編寫不同的軟件接口，使得軟件開發(fā)、維護(hù)和移植工作量大；隨著internet的發(fā)展，對現(xiàn)場自動化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求越來越迫切，而由于現(xiàn)場設(shè)備沒有以太網(wǎng)接口，很難實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。
解決上述問題的一種有效方法就是為這些設(shè)備開發(fā)具有以太網(wǎng)接口的串口網(wǎng)關(guān)。傳統(tǒng)上這些網(wǎng)關(guān)都是采用8位或16位單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，受到運(yùn)算能力、存儲空間的限制，這些網(wǎng)關(guān)僅能提供低速和小數(shù)據(jù)量的以太網(wǎng)接入，而且實(shí)時(shí)性差，不能滿足樓宇自動化大量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸要求。此外，這些網(wǎng)關(guān)設(shè)備只支持特定設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換，通用性較差，限制了其使用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于要提供能把多種不同串行通信協(xié)議的樓宇自動化設(shè)備連接到以太網(wǎng)，且具有可靠性高、大數(shù)據(jù)吞吐、體積小和通用性強(qiáng)的一種面向智能樓宇的ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)。
本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是采用內(nèi)嵌多個(gè)樓宇自動化常用串行設(shè)備的通信協(xié)議的嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)的ARM主控CPU芯片，并采用Samsung公司ARM7TDMI內(nèi)核的32位處理器S3C4510B，它具有高性能、低功耗和低成本特性，同時(shí)外擴(kuò)大容量SDRAM和Flash存儲器，以滿足大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)監(jiān)控要求；并通過硬件開關(guān)選擇所接入設(shè)備對應(yīng)的串口協(xié)議。通過應(yīng)用軟件最終實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備到以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
本方案包括ARM主控cpu芯片、4MFLASH、32MSDRAM、以太網(wǎng)物理接口、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路、通用I/O接口電路、串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路、通信狀態(tài)LED顯示電路。其電路之間的連接為ARM主控芯片分別與4M Flash、32M SDRAM、以太網(wǎng)物理接口、通用I/O接口電路、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路相連。以太網(wǎng)物理接口與以太網(wǎng)相連、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路與樓宇自動化串行設(shè)備相連、通用I/O接口電路分別與串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路和通信狀態(tài)LED顯示電路相連。
本實(shí)用新型的有益效果是解決了樓宇自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)串行通信設(shè)備接入以太網(wǎng)的問題，簡化了監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與維護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)這些串行設(shè)備因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。


圖1是本實(shí)用新型硬件結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的串行硬件設(shè)備選擇開關(guān)。
圖3是本實(shí)用新型軟件互相關(guān)系示意圖圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明該網(wǎng)關(guān)包括ARM主控芯片1、4MFLASH2、32MSDRAM3、以太網(wǎng)物理接口4、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路5、通用I/O接口電路6、串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路7、通信狀態(tài)LED顯示電路8。其電路之間的連接為ARM主控芯片1分別與4M Flash2、32M SDRAM3、以太網(wǎng)物理接口4、通用I/O接口電路5、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路6相連。以太網(wǎng)物理接口4與以太網(wǎng)相連、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路5與樓宇自動化串行設(shè)備相連、通用I/O接口電路6分別與串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路7和通信狀態(tài)LED顯示電路8相連。硬件使用嵌入式ARM主控芯片，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)選用μCLinux，它是占先式的實(shí)時(shí)內(nèi)核，具有很好的實(shí)時(shí)性。
主控芯片1選用Samsung公司基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位高速處理器S3C4510B，這款處理器專門針對以太網(wǎng)應(yīng)用，在片內(nèi)集成了以太網(wǎng)MAC層控制器，可以簡化網(wǎng)絡(luò)接口電路的設(shè)計(jì)并提高系統(tǒng)的可靠性。
主控芯片1通過外部總線接口EBI可連接4MFlash2及32MSDRAM3，其中FLASH存儲器存放已調(diào)試好的用戶應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)或其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等；而SDRAM存儲器作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的主要區(qū)域，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均位于SDRAM存儲器中。
將S3C4510B的可編程的I/O端口設(shè)置為不同的工作模式，其中三個(gè)口配置成輸入，用于設(shè)備開關(guān)選擇；4個(gè)口配置成輸出，用于LED狀態(tài)顯示輸出。
以太網(wǎng)接口電路主要由MAC控制器和物理層接口兩部分組成，選用主控芯片S3C4510B內(nèi)嵌一個(gè)以太網(wǎng)控制器，支持媒體獨(dú)立接口(Media Independent Interface，MII)和帶緩沖DMA接口(Buffered DMA Interface，BDI)，可在半雙工或全雙工模式下提供10M/100Mbps的以太網(wǎng)接入。在半雙工模式下，控制器支持CSMA/CD協(xié)議，在全雙工模式下支持IEEE802.3MAC控制層協(xié)議。S3C4510B未提供物理層接口，需外接一片物理層芯片，以提供以太網(wǎng)的接入通道。選用Realtek公司生產(chǎn)的RTL8201芯片作為以太網(wǎng)的物理層接口控制芯片，再通過RJ45連接到以太網(wǎng)。
主控ARM芯片1通過RS232接口連接串行樓宇自動化設(shè)備。由于RS232C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號與S3C4510B系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號不同，本實(shí)用新型使用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn)電路的電平轉(zhuǎn)換。
圖2所示是該實(shí)用新型的硬件開關(guān)。通過該開關(guān)選擇不同類型的串行設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同通信協(xié)議串行樓宇自動化設(shè)備與以太網(wǎng)間連接。本實(shí)用新型串口網(wǎng)關(guān)支持8種常用串行樓宇自動化設(shè)備。開關(guān)編號從左到右為1到3，開關(guān)的上位表示OFF，下位表示ON。開關(guān)的狀態(tài)與所選設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
表1開關(guān)位置與設(shè)備對應(yīng)關(guān)系

圖3是本實(shí)用新型應(yīng)用程序流程示意。對應(yīng)用程序的任務(wù)進(jìn)行了劃分以完成多任務(wù)系統(tǒng)的各種功能發(fā)揮。系統(tǒng)在初始化過程中首先根據(jù)串口設(shè)備選擇開關(guān)調(diào)用相應(yīng)的該類設(shè)備對應(yīng)的串行通信協(xié)議配置。根據(jù)網(wǎng)關(guān)的功能要求和各個(gè)任務(wù)的重要性，設(shè)計(jì)了以下具有不同優(yōu)先級的應(yīng)用任務(wù)出錯管理、緩沖管理、TCP/IP收發(fā)管理、串行數(shù)據(jù)讀寫管理和時(shí)間管理。每個(gè)任務(wù)有獨(dú)立的堆?？臻g，一旦某任務(wù)獲得CPU的使用權(quán)，就獨(dú)立運(yùn)行并完成相應(yīng)的功能。
圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)應(yīng)用實(shí)施。串口樓宇自動化設(shè)備1(14)、串口樓宇自動化設(shè)備2(15)、串口樓宇自動化設(shè)備3(16)分別與本實(shí)用新型串口網(wǎng)關(guān)(10)、實(shí)用新型串口網(wǎng)關(guān)(11)和實(shí)用新型串口網(wǎng)關(guān)(12)連接，這些串口網(wǎng)關(guān)的硬件開關(guān)具有不同的選擇。三個(gè)串口網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)與智能樓宇管理系統(tǒng)(9)相連。這樣這些串行樓宇自動化設(shè)備就可以像以太網(wǎng)樓宇自動化設(shè)備(13)一樣與智能樓宇管理系統(tǒng)(9)進(jìn)行以太網(wǎng)通信。
權(quán)利要求1.一種面向智能樓宇的ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)，包含CPU，I/O接口電路和FLASH，RAM存儲器，其特征在于該網(wǎng)關(guān)包括ARM主控CPU芯片(1)、4MFLASH(2)、32MSDRAM(3)、以太網(wǎng)物理接口(4)、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路(5)、通用I/O接口電路(6)、串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路(7)、通信狀態(tài)LED顯示電路(8)；其電路之間的連接為ARM主控CPU芯片(1)分別與4M Flash(2)、32M SDRAM(3)、以太網(wǎng)物理接口(4)、通用I/O接口電路(5)、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路(6)相連；以太網(wǎng)物理接口(4)與以太網(wǎng)相連、串行接口電平轉(zhuǎn)換電路(5)與樓宇自動化串行設(shè)備相連、通用I/O接口電路(6)分別與串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路(7)和通信狀態(tài)LED顯示電路(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向智能樓宇的ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的ARM主控CPU芯片為與有內(nèi)嵌多個(gè)樓宇自動化常用串行設(shè)備的通信協(xié)議的嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)的4MFLASH(2)存儲器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向智能樓宇的ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的ARM主控CPU芯片為SAMSUNG公司ARM7TDMI內(nèi)核的32位處理器S3C4510B。
專利摘要一種面向智能樓宇的ARM嵌入式串口網(wǎng)關(guān)，屬樓宇自動化技術(shù)領(lǐng)域，其特點(diǎn)是采用嵌入式，包括串口和以太網(wǎng)通訊接口。并有串口硬件設(shè)備選擇開關(guān)輸入電路和通信狀態(tài)LED顯示電路。采用本實(shí)用新型可以通過硬件開關(guān)不同選擇，將8種不同通信協(xié)議的樓宇自動化串行設(shè)備連接到以太網(wǎng)，簡化了監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與維護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)這些串行設(shè)備因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。是一個(gè)很實(shí)用的設(shè)計(jì)。
文檔編號H04L12/66GK2879548SQ20052004530
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者何孝磊, 何曉燕, 陳勤平 申請人:上海市建筑科學(xué)研究院有限公司