基于C/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)
2009-05-19
作者：朱其慎1，楊軍霞2，田 巍2
??? 摘 要：根據(jù)電力企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)以及企業(yè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集管理的需求，實(shí)現(xiàn)了一種在嵌入式軟硬件平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)——數(shù)據(jù)采集協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)管理系統(tǒng)。
??? 關(guān)鍵詞：總線協(xié)議；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；服務(wù)器
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??? 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是目前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域最為熱門的技術(shù)之一,目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事國(guó)防、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)對(duì)電力工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制信息數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的研究，其現(xiàn)場(chǎng)總線非常多，如RS485、CAN和工業(yè)以太網(wǎng)等，總線上的數(shù)據(jù)協(xié)議也很多，最常見(jiàn)的有RS232、Modbus、CAN、TCP/IP等等，但這些協(xié)議數(shù)據(jù)之間不能進(jìn)行直接的交互，而且隨著工業(yè)控制服務(wù)器以及企業(yè)管理信息系統(tǒng)的發(fā)展，需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這就需要能夠完成這種任務(wù)需求的設(shè)備。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)上述情況，滿足企業(yè)的數(shù)據(jù)控制需求而進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備。該嵌入式網(wǎng)關(guān)能夠接收RS232、RS485總線協(xié)議的數(shù)據(jù)并能實(shí)現(xiàn)對(duì)TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
1 系統(tǒng)方案
??? 根據(jù)數(shù)據(jù)采集協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)管理系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的不同總線協(xié)議之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)，需要實(shí)現(xiàn)如下的幾個(gè)功能：
??? (1) 串行通信接口RS232的通信功能；
??? (2) RS485接口的通信功能；
??? (3) TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口的通信功能；
??? (4) 串口和TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)功能。
2 實(shí)現(xiàn)原理
??? 嵌入式系統(tǒng)處理器采用ARM處理器—S3C2410，嵌入式操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux。其硬件組成如圖1所示。
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??? 該協(xié)議轉(zhuǎn)換管理系統(tǒng)能夠接收RS232、RS485總線協(xié)議的數(shù)據(jù)和TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)RS232、RS485和TCP/IP的雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)接收到來(lái)自于以太網(wǎng)的控制信息時(shí)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器對(duì)其解包提取原始信息，并以RS232、RS485總線可以接收的格式發(fā)出；當(dāng)接收到來(lái)自于RS232、RS485總線的1報(bào)文時(shí)，提取信息后加上IP幀頭，以以太網(wǎng)幀格式發(fā)出，其系統(tǒng)模型如圖2所示。
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3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 串口通信編程
??? Linux中對(duì)于每一個(gè)串行端口，內(nèi)核有一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)負(fù)責(zé)端口的輸入輸出。該串口的驅(qū)動(dòng)在Linux內(nèi)核中已經(jīng)完成，因此，對(duì)串口的操作是通過(guò)對(duì)串口設(shè)備文件的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。訪問(wèn)串口只需要打開(kāi)相應(yīng)的設(shè)備文件。在Linux下，串行口COM1和COM2對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件分別為/dev/ttyS0和/dev/ttyS1。串口編程的一般步驟如圖3所示。
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??? RS485接口通信通過(guò)RS232轉(zhuǎn)RS485通信接口硬件實(shí)現(xiàn)，其程序開(kāi)發(fā)流程與上文所述類似，這里不再贅述。
3.2 網(wǎng)絡(luò)通信編程
??? 網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)分為服務(wù)器端和客戶端，本文利用面向連接的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器/客戶機(jī)模式是網(wǎng)絡(luò)通信交互的最常用模式，基于TCP/IP數(shù)據(jù)流的socket網(wǎng)絡(luò)編程流程如圖4所示。
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3.3 系統(tǒng)完成功能
??? 客戶端通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器連接，現(xiàn)場(chǎng)Modbus、CAN、DNP總線協(xié)議儀表通過(guò)接口與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器連接，用戶通過(guò)客戶端發(fā)送儀表報(bào)文，報(bào)文經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給儀表，儀表接收到報(bào)文后，進(jìn)行相應(yīng)處理，并把數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
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4 系統(tǒng)測(cè)試
??? 數(shù)據(jù)發(fā)送測(cè)試：在客戶機(jī)A上通過(guò)青云ComMax通信調(diào)試軟件，設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器參數(shù)，連接服務(wù)器，并發(fā)送正確Modbus報(bào)文，如圖6所示。
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??? 發(fā)送的報(bào)文通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)儀表中，現(xiàn)場(chǎng)儀表根據(jù)報(bào)文中的指令，返回遠(yuǎn)程Modbus儀表數(shù)據(jù)報(bào)文，如圖7所示。
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??? 返回的Modbus報(bào)文中包含了儀表采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以把數(shù)據(jù)保存在企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)庫(kù)中，滿足企業(yè)運(yùn)行的分析、決策。
??? 通過(guò)以上對(duì)數(shù)據(jù)交互管理平臺(tái)Modbus協(xié)議的嚴(yán)格測(cè)試表明：數(shù)據(jù)交互管理對(duì)Modbus協(xié)議能夠及時(shí)快速地響應(yīng)，能夠響應(yīng)多客戶機(jī)的訪問(wèn)，響應(yīng)時(shí)間能夠在項(xiàng)目要求的范圍內(nèi)，響應(yīng)數(shù)據(jù)無(wú)錯(cuò)誤。多臺(tái)客戶機(jī)可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)交互管理平臺(tái)進(jìn)行訪問(wèn)，數(shù)據(jù)交互管理平臺(tái)能夠及時(shí)響應(yīng)多臺(tái)客戶機(jī)的訪問(wèn)。
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