异步串行接口与以太网服务器的连接
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关键词：以太网 串行接口 TINI
很多电子设备利用串行接口与其它设备进行通信，其中有温度调节器、POS机、远程监控仪、条码扫描仪、票据打印机、射频标签收发器、血压计及其它现场使用的测试设备和新型自动化设备。大多数设备与外部的通信是通过串口进行的，不能直接连接到大型计算机网络，无法满足TCP/IP连接和以太网通信的需求。由于成本和时间问题，很少有人选择对系统进行重新设备的途径。利用本文介绍的基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平台，可以将孤立的串行设备连接到以太网。
1 TINI和网络
TINI（微网接口）是Dallas Semiconductor开发的一种技术平台，目的是协助用户快速整合DS80C390/DS80C400网络微控制器的研发，TINI定义了一个芯片组，包含一个嵌入式操作系统，其中整合了经过高度优化的Java运行环境。Java编程者可从其中获得一般的嵌入式开发中不多见的强大功能：多线程、无和单元收集、继承性、虚拟化、跨平台能力 、强大的网络支持，以及—最后但很重要—大量免费的开发工具。TINI使用乾通常不直接面对汇编代码。不过，为了优化严格要求速度的通道或者访问底层硬件，同时也支持并鼓励本地语言子程序（TINI操作系统用本地代码写成，因此，串行I/O的吞吐率和现代PC没有明显差异）。除完全支持java.net包外，TINI Java运行环境还包含一个完整实现的javax.com子系统。通过Java可毫不费力地访问TCP/IP和串行口，因此，TINI系统可非常容易地用来实现串行口-以太网桥。
下面的例子中，TINIm390验证模块（放置在E10插槽）是DS80C390 TINI开发平台的硬件部分（TINIm400是配合DS80C400制作的）。除了SRAM、Flash、以太网、CAN总线、1-Wire等，系统还有四个串口，其中DS80C390内部包括两个UART，另外两个是扩充的（采用一片16550选配件）。需要注意的是，E10插座上的两个串行连接器都被接到了serial0，它们只是在DTE/DCE引脚安排上有所差异。详细资料请参阅《TINI特性和开发指南》，PDF文件可以从http://www.ibutton.com/TINI/book.html下载。
2 范例
下面介绍两具具体应用，并从一个普通的串行口-以太网程序中摘录片段出来。经过修改，它几乎可适应于各种应用。这些范例利用TINIm390/400验证模块搭建而成，如图1所示。
可以把TINI验证模块看成“黑盒子”，将多个串行设备挂接到以太网。根据最终设备的需要，TINI可以让数据流直通，也以对数据进行解析、翻译或修改。尽管设计人员可以在TINIm390/400的开发器外壳上运行这些范例，但更合理的做法将其驻留于内存之中，掉电之后还能够自启动，并利用其它一些TINI构造技术使最终产品更加牢靠。如果想修改这些范例，需要具备一些基本的网络知识和编程经验。样例工作代码也可以Dallas公司ftp站点（ftp://dalsemi.com）下载。
（1）虚拟调制解调器
虚拟调制解调器（Modem）利用TINIm390/400和TCP/IP连接，替代特殊调制器和电话线。假定有一个旧设备，比如某工厂的“机器状态监视器”，它利用一个调制解调器，一天之内数次拨号到一个中央服务器，报告机器的状态、负载和效率数据。为了削减服务器端日益增长的调制解调器库，并利用现有的LAN取代连接到设备的电话线，我们可以重写服务器软件以支持TCP/IP，并且用TINI虚拟调制解调器取代每个机器上原有的调制解调器。这样，机器状态监视器就不必再作任何修改，对于最终设备而言，虚拟调制解调器的使用和一个真正的调制解调器完全一样。
除了上述配置，虚拟调制解调器当然也可以成对使用。如果双方都使用虚拟调制解调器，就无须对服务器软件作任何改动，TINI模块可直接替换现有的调制解调器。在此情况之下，虚拟调制解调器每次接到“AID”调制解调器拨号命令时，实际建立的是TCP连接。“ATH”断开命令关闭TCP连接。软件也实现一系列其它的经典AT调制解调器命令，并被诸如Microsoft Windows之类的网络系统认作真调制解调器，此外，虚拟调制解调器还可以侦听TCP端口，当收到“呼叫”信号时，向终端设备发出“振铃”。
下面的代码片段显示了如何对TINIm390上的串行口进行初始化：
public static void man(String args[]){
TINIOS.setSerialBootMessagesState(false)；
TINIOS.setDebugMessagesState(false);
TINIOS.setConsoleOutputEnabled(false);
System.out.println("Connecting to serial0 at 9600bps," "listening on TCP port 8001");
try{
CommPortIdentifier portId=CommPortIdentifier.getPortIdentifier("seria10");
SerialPort port=(SerialPort)=(SerialPort)portId.open("VmodemTINI",10000);
TINIOS.estRTSCTSFlowControlEnable(1,false);
TINIOS.setRTSCTSFlowControlEnable(0,true);
TCPSerialVirtualModem modem=new TCPSerial VirtualModem(port,/*Comm speed */9600,/*TCP Port */8001);
Modem.processIuput();
}
catch (Excepiton e){
System.out.println("Exception:+e.toString());
}
}
这段代码首先禁止掉所有来自TINI OS的调试输出——TINI上的标准惯例。获得一个端口号后，打开这个端口（如果端口正在被另一个应用使用，第二个参数指明等待多久），接下来，设置硬件流控制状态。由于TINIm390仅有一套RTS/CTS线用于串口0和1，在目标端口使用它们之前，程序首先应该关掉其它端口上的流控制，下面，就是一个Java虚拟调制解调器范例。
虚拟调制解调器类似包含一个AT命令解释器（未在此示出，尽管到目前为止，它是本范例中最大的一部分）和网络代码。下面的代码用来设置串口位速率、数据和停止位，以及奇偶位。从中可以看出，处理入站连接是何等简单：
/**Creates a new VirtualModem connected to a serial port on
* one end and a TCP port on the data side.
* serial --the serial port this VirtualModem talks to.
* speed --the speed the serial port should be set to.
* tcpport --the TCP port this VirtualModem listens on.
* throws IOException when there's a problem with the serial or TCP port.*/
public TCPSerialVirtualModem(SerialPort serial,int speed,int tcpport)
throws IOException
{
super(serial);
try{
serial.setSerialPortParams(speed,SerialPort.DATABITS_8,
SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE);
}
catch(Unsupported CommOperationException e){
throw new IOException();
}
…
serverSock=new ServerSocket(tcpport,1);//backlog of one listenThread=new listenInbound();
listenThread.start();
}
最后，listenThrad()片段可接受一个到来的连接请求：
public void run() {
int rc;
Socket s;
While (running){
s=null;//No incoming connection request
try {
answered=false;
s=serverSock.accept();
//Discard incoming connection if already connected
if(connected)
throw new IOException();
sock=s;//for answer()
…
（2）UPS监视器
第二个实例是将TINIm390/400连接到一个不间断电源的串口。软件要用网络UPS工具协议，允许多个客户端在多种平台上检测UPS的状态。该项目源于需要由一台没有串口的新Macintosh计算机监视现有的UPS电源的需求。目前存在两种基本的UPS设备，即所谓的智能型和简单型（或“哑巴型”）。简单的UPS在多个串行引脚上指示其工作状态，它实际上输出任何ASCII数据。由于不存在太多的串行引脚，因而它仅能够指示几组有限的信息，如表1所列。
表1
| 信 号 | 意 义 |
| RTS（来自 UPS） | 电池低 |
| TD（来自 UPS） | 使用电池 |
| CTS（去 UPS） | 关闭UPS电源 |
具体实现部分见网络补充版（http://www.dpj.com.cn）。
3 结论
很多现有设备仅支持异步串行通信，然而，当前的许多应用要求以太网和TCP/IP组网能力。利用强大的Java运行环境和基于DS80C390和DS80C400微控制器的TINI技术，很容易在极短时间内开发出一个串行口-以太网转换器。
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