多路串口服务器的设计与实现

论文摘要

近年来,随着以太网技术的快速发展和迅速普及,各个领域都普遍采用基于以太网技术的网络互联设备,“让全部设备接入网络”已成为当今信息社会发展的必然趋势。但是,在工业生产和自动化控制等领域,大量采用传统的RS232串行通信设备进行数据传输,串行通信由于其传输协议简单,可靠性高等特点仍然沿用至今;另一方面,串行通信因为其传输距离短,而且无法连入主流网络等缺陷,其未来的发展面临着巨大的挑战和压力。因而基于这种状况,急需寻找一种解决方案,能在不更换旧有设备并且避免耗费大量人力物力的前提下使串口设备可以连入现在的主流网络——以太网并进行数据传输。串口服务器由此应用而生,使多台串口设备可以立即联网,实现串行数据通过以太网传输,与远端主机或者远端串口设备双向的交互通信,消除了原先对传输距离的限制,实现了设备的统一集中化管理。本文的主要研究内容和成果如下:1.介绍了国内外串口服务器的研究现状,以及业界技术领先的相关解决方案。2.负责完成串口服务器的整体构架设计,其中包括系统需求分析,模块结构设计以及关键技术的介绍等。3.概述了串口服务器的硬件平台结构,介绍了ARM9处理器S3C2440,UART扩展芯片V554,RS232/RS422/RS485复用芯片SP336E,以及其他硬件模块的特点和性能。4.嵌入式Linux下C编程完成了串口服务器的软件设计,并详细叙述了串口服务器中各主要模块的设计细节,如并发服务器模型选择,双向通信设计方案,数据的封包策略,数据缓冲区设计细节,配置系统参数的数据格式等。5.测试系统性能并对结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容与章节安排
• 第2章 串口服务器的系统设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.2 模块结构设计
• 2.3 关键技术简介
• 第3章 串口服务器的硬件设计
• 3.1 硬件平台概述
• 3.2 核心处理器模块
• 3.3 串行接口模块
• 3.3.1 通用异步收发器
• 3.3.2 UART扩展芯片V554
• 3.3.3 混合模式芯片SP336E
• 3.4 网络接口模块
• 3.5 其他模块介绍
• 第4章 串口服务器的软件设计
• 4.1 系统软件的整体构架
• 4.2 串口模块的设计
• 4.2.1 Linux下的串口操作
• 4.2.2 构建硬件抽象层
• 4.3 TCP/IP协议的实现
• 4.3.1 C/S设计模式
• 4.3.2 服务器模型的比较
• 4.3.3 双向通信的设计方案
• 4.3.4 状态监测
• 4.4 进程管理模块的实现
• 4.5 封包策略
• 4.5.1 封装和解包
• 4.5.2 Nagle算法
• 4.5.3 封包策略
• 4.6 数据缓冲区模块的实现
• 4.7 参数配置模块的设计
• 4.7.1 远程设置参数的实现过程
• 4.7.2 串口方式配置参数
• 4.8 安装与编译
• 第5章 系统测试与分析
• 5.1 虚拟串口软件
• 5.2 搭建测试平台
• 5.3 性能测试
• 5.3.1 实时性测试
• 5.3.2 丢包率测试
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果