实现基于TCP／IP的多串口转换网关

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TCP／IP应用层的一部分，实现串口帧的封装。发送是入协议栈的过程，如图4所示，接收是出协议栈的过程(图略)，不同之处在于对数据的收／发处理。

多串口到网口的数据转换传输：串口链路层，接收来自测控设备的数据，交给串口网络层，该层完成串口数据帧的封装并放入以太网的发送缓冲区。当系统规定的UDP打包时间到或已经有4个串口数据帧时，打UDP包，并逐层下送，直到把数据送上物理介质，完成比特流的传输。

为了能一次传输尽量多的数据，系统对数据长度作了严格定义：串口数据帧的数据段最大长度为300个字节；网口发送帧的数据段最多允许4个串口数据帧。同时，还要满足具体应用对实时性的要求：对每一个串口规定一个最长响应时间。时间到时，不管是否已接收：300个字节都要对串口数据进行封装，并放人以太网发送缓冲区；同时，为了避免系统由于等待以太网发送缓冲区串口帧数达到4，而造成串口数据不能实时发送，要求在一定的时间内进行一次以太网通信，而不必等待4个串口帧到齐才打包传输。

这样，系统对数据容量和时间的双重规定，能保证具体应用对实时性的要求，并能一次传输尽量多的数据，降低了由于时间上的"空等"造成系统实时性差的可能性。4个串口在串口层完成的功能是相同的，仅以COMl为例，给出串口层上数据流，如图5所示。

图6说明了多串口数据帧等待打包传输的过程。

网口数据到多串口的数据流向，是对以太网链路层的数据帧向上逐层解包的过程。如图7所示，将收到的以太网帧，依次去掉每层的协议头分解出应用层数据，再以0x24和OxOa为分界分离，根据串口号字段的值，将信息发送到相应的设备，完成预定的控制。

结语

本文介绍基于TCP／IP的多串口转换网关，采用GM8123芯片增加了串行口数目，适合要求入网串口设备多的场合。借助于该多串口网关，可方便的实现串口设备和监控层的透明数据通信，实现设备的网络化控制与信息的分布式管理，必能广泛的应用在基于以太网的分布式测控网络中。和它类似的还有GM8125串口扩展芯片，不过GM8125是一扩五的串口扩展芯片。

来源：21IC电子网