基于SmartFusion2的溫度采集系統(tǒng)簡(jiǎn)單應(yīng)用設(shè)計(jì)

當(dāng)多路串口中任何一路，任何時(shí)候到來數(shù)據(jù)的時(shí)候，UART 控制器都能感知這次串行數(shù)據(jù)，并開通相應(yīng)的信道，將某一路的串口數(shù)據(jù)送到RAM 控制器。然后RAM 控制器將該信道的串行數(shù)據(jù)寫入RAM 中。這樣就可以完成對(duì)多路串口數(shù)據(jù)的采集工作。

在該方案中，需要在SmartFusion2 片上的FPGA 內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)UART控制器作為查詢機(jī)制中的主機(jī)，各個(gè)終端串口作為從機(jī)，提供串口數(shù)據(jù)。主機(jī)會(huì)定時(shí)的在SEL總線上發(fā)出從機(jī)的片選信號(hào)，用于選通從機(jī)設(shè)備。當(dāng)從機(jī)被選中之后，從機(jī)自己會(huì)做出判斷，如果該從機(jī)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則該從機(jī)立刻將串行的數(shù)據(jù)發(fā)出。如果從機(jī)沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則從機(jī)對(duì)該選擇信號(hào)SEL不做任何反應(yīng)，定時(shí)時(shí)間到，主機(jī)會(huì)自動(dòng)的去選通下一路從機(jī)，從機(jī)工作原理與之類似。這樣的做法同樣可以完成對(duì)多路串口數(shù)據(jù)的采集工作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用FreeRTOS操作系統(tǒng)，通過創(chuàng)建Web-

Server進(jìn)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。在初始化完成后，執(zhí)行WebServer進(jìn)程，WebServer進(jìn)程發(fā)送網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)、更新網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)、得到采集的數(shù)據(jù)。而關(guān)于以太網(wǎng)的協(xié)議則使用LwIP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件層則使用Cor-

tex-M3內(nèi)部的MAC和外部的PHY進(jìn)行傳輸。實(shí)現(xiàn)物理層的傳輸[7].因此本設(shè)計(jì)的思路是發(fā)送接收數(shù)據(jù)給網(wǎng)頁(yè)和接收發(fā)送APB3上對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)據(jù)。將UART的數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)頁(yè)HTTP數(shù)據(jù)格式互換。

軟件設(shè)計(jì)框圖如圖5 所示，WebServer 進(jìn)程和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行通信，通信的協(xié)議采用LwIP 協(xié)議，對(duì)于LwIP 協(xié)議使用其中的IPv4應(yīng)用層，使用TCP/IP 傳輸，DHCP 動(dòng)態(tài)獲取IP,數(shù)據(jù)鏈路層使用內(nèi)部的MAC,采用100 Mb/s的MII接口和PHY通信，PHY在物理層上和PC機(jī)通信[8].

采用自動(dòng)連接的方式與以太網(wǎng)相連，對(duì)于HTTP數(shù)據(jù)采用監(jiān)聽的方式，有HTTP 數(shù)據(jù)則執(zhí)行相應(yīng)的操作。在網(wǎng)頁(yè)上顯示實(shí)時(shí)的日期和時(shí)間，這個(gè)日期和時(shí)間不是來自PC機(jī)的，而是來自SmartFusion2的，能夠達(dá)到顯示數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間，方便用戶查看和保存帶有時(shí)間的數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)的初始化首先是MAC的初始化，將MAC初始化為MII接口，半字節(jié)，100 Mb/s模式。MAC 初始化后就是對(duì)于協(xié)議的選擇，本系統(tǒng)選擇TCP/IP協(xié)議，通過tcpip_input調(diào)用初始化網(wǎng)絡(luò)的配置。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的配置，首先是MAC地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼的配置(如果為DHCP則只有MAC地址有效)，可以配置為靜態(tài)IP和DHCP 兩種模式。靜態(tài)IP 使用netif_set_up函數(shù)，DHCP使用dhcp_star函數(shù)來開始。

WebServer是系統(tǒng)的主任務(wù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)頁(yè)和APB3上數(shù)據(jù)的交互。首先是使用netconn_bind 函數(shù)新建一個(gè)80端口(HTTP)的網(wǎng)絡(luò)，建立好后就一直處于監(jiān)聽狀態(tài)的netconn_listen函數(shù)。

有網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)則發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果有網(wǎng)頁(yè)打開數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，則開始發(fā)送網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)頭和主界面的數(shù)據(jù)，同時(shí)將網(wǎng)頁(yè)的運(yùn)行的程序也發(fā)送過去，這樣內(nèi)核就可以方便和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行通信。

對(duì)于網(wǎng)頁(yè)的刷新和數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令都是已經(jīng)發(fā)送給網(wǎng)頁(yè)了，如果有網(wǎng)頁(yè)的刷新請(qǐng)求則將更新的檢測(cè)數(shù)據(jù)和日期時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)頁(yè)。有點(diǎn)擊控制命令，處理器則馬上響應(yīng)，將控制命令轉(zhuǎn)換并發(fā)送給APB3,也就發(fā)送給了UART.當(dāng)然，這里面所有的數(shù)據(jù)都是加了相應(yīng)的通信協(xié)議。

如發(fā)送數(shù)據(jù)給網(wǎng)頁(yè)時(shí)則需要使用netconn_write 函數(shù)，首先是網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)頭，然后是相應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果無網(wǎng)絡(luò)連接、無網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求、請(qǐng)求完成等都是使用net-

conn_close 函數(shù)關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)，使用netbuf_delete 函數(shù)刪除網(wǎng)絡(luò)，然后又去監(jiān)聽是否有新的網(wǎng)絡(luò)存在并連接。

以智能家居數(shù)據(jù)采集與交互為例，系統(tǒng)軟件設(shè)置流程圖如圖6所示，首先是時(shí)鐘和外設(shè)的初始化，再是以太網(wǎng)相關(guān)的初始化，包括MAC和PHY的初始化，IP的獲取方式，設(shè)置MAC 地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)，設(shè)置傳輸?shù)膮f(xié)議等。硬件層、傳輸層設(shè)置以后就是應(yīng)用層，創(chuàng)建WebServer 應(yīng)用程序。此應(yīng)用程序也是主應(yīng)用程序，在FreeRTOS中的優(yōu)先級(jí)是最高的，堆棧大小也是最大的。WebServer任務(wù)就是與網(wǎng)頁(yè)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)的刷新。任務(wù)的調(diào)度和切換時(shí)通過定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，10 ms為一個(gè)時(shí)間片，調(diào)度函數(shù)為vTaskStartScheduler函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用源代碼開放的TCP/IP協(xié)議棧LwIP和簡(jiǎn)單實(shí)用的操作系統(tǒng)FreeRTOS軟件平臺(tái)和SmartFusion2的硬件平臺(tái)構(gòu)建了基于SoC的數(shù)據(jù)采集與交互系統(tǒng)，完成設(shè)備數(shù)據(jù)信息的采集及處理并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交流與共享。通過實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，具有一定推廣使用價(jià)值。