基于MSP430F149的串口服務器設計

摘 要： MSP430微處理器具有功耗低和功能模塊豐富的特點。采用MSP430F149為主控制器和以太網控制芯片CS8900A設計串口服務器，并且嵌入精簡后的TCP/IP協(xié)議。以過程控制設備為目標進行調試，實現(xiàn)RS-232串口和網絡接口RJ45的轉換。使串口設備聯(lián)入以太網，實現(xiàn)遠程網絡控制。

　　本文采用了TI公司生產的16位超低功耗的混合信號處理器(mixed signal processor)和Cirrus公司生產的高集成度的全面支持IEEE802.3標準的以太網控制器CS8900A來設計嵌入式串口服務器終端，以模塊化設計思想提供軟件設計，鑒于嵌入式系統(tǒng)有限的內存，對TCP/IP進行了精簡，并進行了調試。

　　1 硬件電路設計

　　主控制器MSP430[1]是美國Texas Instruments(TI)公司于1996年開始推向市場的超低功耗微處理器，擁有5種低功耗模式，以適應不同的需要。CPU從低功耗模式被喚醒，這個過程最多只需要6 μs。靈活的時鐘使用方式也是MSP430的一大特點，除了片內集成一個晶體振蕩器外，還可外接1～2個晶體振蕩器。不同的內部功能模塊可根據(jù)需要使用不同的晶體振蕩器，在不需要時可以通過設置寄存器將其關閉，以減低功耗。MSP430采用了16位的RISC架構，具有125 ns的指令周期，且內部具有豐富的功能模塊，集成了多通道10～14位的A/D轉換器、雙路12位D/A轉換器、比較器、電源電壓檢測、串行口USART(UART/SPI)、硬件乘法器、Flash存儲器、看門狗定時器及多個16位、8位定時器等功能模塊。這些結構使得MSP430微處理器可以應用到更多的場合，有更廣泛的應用，也使得串口服務器的設計更為簡單化。

　　以太網控制芯片CS8900A[2]是Cirrus Logic公司生產的低功耗、性能優(yōu)越的16位以太網控制器。其突出特點是使用靈活，物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動態(tài)調整，通過內部寄存器的設置來適應不同的應用環(huán)境。

　　系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)的硬件框圖

　　電源通過5 V電源適配器，經LD1117芯片轉化為3.3 V穩(wěn)壓電源給主控制器MSP430、以太網芯片CS8900A及SP3223供電。MSP430接8 MHz的晶振，同時外接一個JTAG口，通過JTAG口接MSP430仿真器用于系統(tǒng)與MSP430開發(fā)軟件IAR之間的程序調試 。

　　主控制器負責控制以太網接口完成網絡數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收，以及相應的封裝和解包工作，根據(jù)上位機的指令完成相應的數(shù)據(jù)采集和處理，并且檢測串口通信模塊是否有事件發(fā)生然后做出相應的反應;負責完成系統(tǒng)上電復位、初始化以及低電壓檢測等功能。CS8900A內部的802.3介質訪問控制[4]負責處理有關以太網數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，包括：數(shù)據(jù)檢測、幀頭的產生和檢測、CRC校驗碼的生成和驗證。以太網模塊用于完成TCP/IP協(xié)議棧中的鏈路層功能，在發(fā)送時把網絡層數(shù)據(jù)包轉換成以太網物理幀格式用于物理信道上的傳輸;在接收時將物理信道上接收到的信號轉換成網絡層數(shù)據(jù)包。

　　2 軟件程序設計

　　軟件部分采用模塊化的設計思想，把程序化繁為簡，便于程序的設計、調試及維護。整個部分包括初始化模塊、串口數(shù)據(jù)采集及處理模塊、網絡數(shù)據(jù)采集及處理模塊和TCP/IP模塊，另外還有定時器中斷用于TCP的重發(fā)機制計時和數(shù)據(jù)采集計時、串口中斷用于轉發(fā)串口數(shù)據(jù)。

　　程序工作流程如圖2所示。

　　圖2 程序工作流程