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1、(10)申请公布号 CN 102937944 A (43)申请公布日 2013.02.20 C N 1 0 2 9 3 7 9 4 4 A *CN102937944A* (21)申请号 201210392977.3 (22)申请日 2012.10.16 G06F 13/40(2006.01) G06F 13/42(2006.01) (71)申请人北京交控科技有限公司 地址 100070 北京市丰台区科技园海鹰路6 号院北京总部国际2、3号楼 (72)发明人栾庆文 李超 (74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人王莹 (54) 发明名称 一种基于Arcnet串口服务器。
2、 (57) 摘要 本发明提供了一种Arcnet串口服务器，包括 CPU、Arcnet协议芯片、串口协议芯片、console接 口和电平转换电路，其中CPU分别与Arcnet协议 芯片、串口协议芯片和console接口相连；电平 转换电路与串口协议芯片相连；本发明还提供了 Arcnet数据和串口数据之间的转换方法，同时还 提供了一种基于Arcnet串口服务器的通信系统， 本发明采用了简单的协议，降低了串口扩展的开 发难度，提高了服务器的处理性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 。
3、5 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种Arcnet串口服务器，其特征在于，该串口服务器包括：CPU、Arcnet协议芯片、串 口协议芯片、console接口和电平转换电路； 其中所述CPU分别与Arcnet协议芯片、串口协议芯片和console接口相连，用于进行 Arcnet协议与串口协议之间的数据转换； 所述Arcnet协议芯片，用于基于Arcnet协议接收和发送Arcnet数据； 所述串口协议芯片，用于接收和发送串口数据； 所述电平转换电路，与串口协议芯片相连，用于对串口数据进行电平信号转换； 所述console接口，用于配置参数。 2.如权利要求1所述Arcnet串口服务器，其特征。
4、在于，该串口服务器还包括ROM，所述 ROM与CPU相连，用于存储所配置的参数。 3.如权利1所述Arcnet串口服务器，其特征在于，该串口服务器还包括Arcnet接口， 所述Arcnet接口一端与Arcnet协议芯片相连，另一端连接上位机或总线，用于传输数据。 4.如权利要求1所述Arcnet串口服务器，其特征在于，所述Arcnet数据的数据包包括 如下字段：帧头、串口数量、串口号、数据长度、数据和帧尾字段。 5.如权利要求1所述Arcnet串口服务器，其特征在于，所述console接口为单片机上 集成的接口。 6.一种将Arcnet数据转换为串口数据的方法，其特征在于，该方法包括： S1、。
5、采用中断方式接收Arcnet数据，并对Arcnet数据进行帧头尾、CRC校验，校验正确 后，根据Arcnet数据的数据包内部协议，对Arcnet数据的数据包进行分解，解析出各个串 口所需要的数据，放入串口发送缓冲区内； S2、采用中断方式，判断串口协议芯片是否发送空中断信号，如果判断发送了空中断信 号，并且串口发送缓冲区有数据，则进行数据发送。 7.一种将串口数据转换为Arcnet数据的方法，其特征在于，该方法包括： A、采用中断方式接收串口数据，并存入串口接收缓冲区内； B、采用周期轮循的方式，每个周期开始从第一个使能的串口查询，判断串口接收缓冲 区是否有数据，如果有数据，则根据Arcnet。
6、数据的数据包内部协议，将数据存放入Arcnet 发送数据缓冲区内，然后查询下一个使能的串口，直到查询到最后一个使能串口，将收到的 串口数据整体打包，进行发送。 8.一种基于Arcnet串口服务器的通信系统，其特征在于，包括Arcnet总线、上位机、 多个如权利要求1所述的Arcnet串口服务器，所述多个Arcnet串口服务器并联在Arcnet 总线上，所述Arcnet总线连接所述上位机。 9.如权利要求8所述的通信系统，其特征在于，Arcnet总线采用双绞线。 权 利 要 求 书CN 102937944 A 1/5页 3 一种基于 Arcnet 串口服务器 技术领域 0001 本发明涉及串口通。
7、信及协议转换技术领域，特别涉及一种Arcnet串口服务器。 背景技术 0002 UART，通用异步串口(以下简称串口)是工业中应用最广泛的一种接口，实现简 单，方便快捷，一般单片机、工控机都会集成1-2个串口，很多传感器也都使用串口与上位 机进行通信。但是串口对总线的支持并不是很好，在大量使用串口的场合下，就需要一种设 备，可以将某种高速总线转换成多个串口，即串口服务器。目前市场上用的比较多的串口服 务器采集用以太网转串口的方式，还有部分产品采用USB接口转串口的方式。 0003 对于目前应用较为广泛的以太网串口服务器、USB串口服务器，协议非常复杂，如 果自己开发的话一般都用计算机或者高性能。
8、32位处理器加嵌入式操作系统来实现。对于 一般8位、16位单片机，开发难度大，而且由于协议的开销，处理性能受到很大影响。 发明内容 0004 (一)所要解决的技术问题 0005 本发明通过提供一种Arcnet串口服务器及基于此串口服务器的级联，解决了串 口扩展中协议复杂，开发难度大，处理性能差的问题。(二)技术方案 0006 本发明提供了一种Arcnet串口服务器，该串口服务器包括：CPU、Arcnet协议芯 片、串口协议芯片、console接口和电平转换电路； 0007 其中所述CPU分别与Arcnet协议芯片、串口协议芯片和console接口相连，用于 进行Arcnet协议与串口协议之间的。
9、数据转换； 0008 所述Arcnet协议芯片，用于基于Arcnet协议接收和发送Arcnet数据； 0009 所述串口协议芯片，用于接收和发送串口数据； 0010 所述电平转换电路，与串口协议芯片相连，用于对串口数据进行电平信号转换； 0011 所述console接口，用于配置参数； 0012 优选的，该串口服务器还包括ROM，所述ROM与CPU相连，用于存储所配置的参数。 0013 优选的，该串口服务器还包括Arcnet接口，所述Arcnet接口一端与Arcnet协议 芯片相连，另一端连接上位机或总线，用于传输数据。 0014 优选的，所述Arcnet数据的数据包包括如下字段：帧头、串口数。
10、量、串口号、数据 长度、数据和帧尾字段。 0015 优选的，所述console接口为单片机上集成的接口。 0016 本发明还提供了一种将Arcnet数据转换为串口数据的方法，该方法包括： 0017 S1、采用中断方式接收Arcnet数据，并对Arcnet数据进行帧头尾、CRC校验，校验 正确后，根据Arcnet数据的数据包内部协议，对Arcnet数据的数据包进行分解，解析出各 个串口所需要的数据，放入串口发送缓冲区内； 0018 S2、采用中断方式，判断串口协议芯片是否发送空中断信号，如果是，并且串口发 说 明 书CN 102937944 A 2/5页 4 送缓冲区有数据，则进行数据发送； 0。
11、019 本发明还提供了一种将串口数据转换为Arcnet数据的方法，该方法包括： 0020 A、采用中断方式接收串口数据，并存入串口接收缓冲区内； 0021 B、采用周期轮循的方式，每个周期开始从第一个使能的串口查询，判断串口接收 缓冲区是否有数据，如果有数据，则根据Arcnet数据的数据包内部协议，将数据存放入 Arcnet发送数据缓冲区内，然后查询下一个使能的串口，直到查询到最后一个使能串口，将 收到的串口数据整体打包，进行发送。 0022 本发明还提供了一种基于Arcnet串口服务器的通信系统，其特征在于，包括 Arcnet总线、上位机、多个所述的Arcnet串口服务器，所述多个Arcne。
12、t串口服务器并联在 Arcnet总线上，所述Arcnet总线连接所述上位机。 0023 优选的，Arcnet总线采用双绞线。 0024 (三)有益效果 0025 1、因为协议也比较简单，采用普通的单片机就可以实现，硬件开发成本、软件开发 成本都会大大降低。 0026 2、采用新的串口服务器级联方式，非常适合串口设备比较多、布置位置比较分散 的场合。 附图说明 0027 图1为Arcnet串口服务器的主要结构组成图； 0028 图2为Arcnet串口服务器的具体结构示意图； 0029 图3为Arcnet数据的数据包内部协议字段示意图； 0030 图4为Arcnet数据接收流程图； 0031 图5。
13、为Arcnet数据发送流程图； 0032 图6为基于Arcnet串口协议的通信系统示意图。 具体实施方式 0033 本发明提供了一种Arcnet串口服务器，这种服务器可提供一种协议简单的高速 通信接口并实现串口的扩展。 0034 如图1所示，Arcnet串口服务器的主要结构包括：CPU、Arcnet协议芯片、串口协 议芯片、console接口和电平转换电路； 0035 连接方式为：其中CPU分别与Arcnet协议芯片、串口协议芯片和console接口相 连，用于进行Arcnet协议与串口协议之间的数据转换； 0036 所述Arcnet协议芯片，用于基于Arcnet协议接收和发送Arcnet数据。
14、； 0037 所述串口协议芯片，用于接收和发送串口数据； 0038 所述电平转换电路，与串口协议芯片相连，用于对串口数据进行电平信号转换； 0039 所述console接口，用于配置参数； 0040 其中该串口服务器还包括ROM，所述ROM与CPU相连，用于存储所配置的参数。 0041 该串口服务器还包括Arcnet接口，所述Arcnet接口一端与Arcnet协议芯片相 连，另一端连接上位机或总线，用于传输数据。 说 明 书CN 102937944 A 3/5页 5 0042 所述Arcnet数据的数据包包括如下字段：帧头、串口数量、串口号、数据长度、数 据和帧尾字段。 0043 所述cons。
15、ole接口为单片机上集成的接口。 0044 Arcnet协议比较简单，采用普通的单片机就可以实现，硬件开发成本、软件开发成 本大大降低。 0045 一种将Arcnet数据转换为串口数据的方法，该方法包括： 0046 S1、采用中断方式接收Arcnet数据，并对Arcnet数据进行帧头尾、CRC校验，校验 正确后，根据Arcnet协议和串口协议，对Arcnet数据的数据包进行分解，解析出各个串口 所需要的数据，放入串口发送缓冲区内； 0047 S2、采用中断方式，判断串口协议芯片是否发送空中断信号，如果判断发送了空中 断信号，并且串口发送缓冲区有数据，则进行数据发送； 0048 一种将串口数据转。
16、换为Arcnet数据的方法，该方法包括： 0049 A、采用中断方式接收串口数据，并存入串口接收缓冲区内； 0050 B、采用周期轮循的方式，每个周期开始从第一个使能的串口开始查询，判断串口 接收缓冲区是否有数据，如果有数据，则根据Arcnet协议和串口协议，读取数据添加头信 息并将其放入Arcnet发送数据缓冲区内，然后查询下一个使能的串口，直到查询到最后一 个使能串口，将收到的串口数据整体打包，进行发送。 0051 本发明还提供了一种基于Arcnet串口服务器的通信系统，其特征在于，包括 Arcnet总线、上位机、多个所述的Arcnet串口服务器，所述多个Arcnet串口服务器并联在 Ar。
17、cnet总线上，所述Arcnet总线连接所述上位机。 0052 该通信系统采用串口服务器级联方式，实现串口的扩展，非常适合串口设备比较 多、布置位置比较分散的场合。 0053 优选的，Arcnet总线采用双绞线。 0054 具体的，Arcnet串口服务器的具体结构如图2所示为： 0055 Arcnet串口服务器硬件上主要由CPU、Arcnet协议芯片、串口协议芯片、console 接口、ROM、电平转换电路和Arcnet接口组成。 0056 其中CPU分别与Arcnet协议芯片、串口协议芯片、ROM和console接口相连，串口 协议芯片与电平转换电路相连，Arcnet协议芯片与Arcnet接。
18、口相连。 0057 CPU，因为Arcnet协议是基于链路层的协议，而且协议都已经集成在Arcnet协议 芯片内部，采用普通的单片机就可以很好的实现。 0058 Arcnet协议芯片采用SMSC公司的COM20022芯片，最高支持10MBps Arcnet。该 芯片采用标准的数据、地址总线，对单片机可以提供很好的支持。 0059 串口协议芯片，目前应用比较多的串口协议芯片是16C554，很多厂家都提供此种 芯片。一片16C554可以扩展4个串口，对于16口串口服务器，选择4片相同的芯片。 0060 Console接口，单片机一般都可以提供串口、I2C、SPI等接口，直接使用单片机集 成的接口就。
19、可以。 0061 ROM，用来保存串口服务器、各个串口等参数，可以选择一般非易失性ROM。 0062 电平转换电路，各个串口需要根据现场的不同需求，配置成RS422、RS485、RS232 等接口，利用电平转换电路实现此功能。 说 明 书CN 102937944 A 4/5页 6 0063 Arcnet接口是额外的硬件设施，主要的功能是Arcnet总线物理层的实现，即数据 的传输，根据总线物理层的不同可以是RS485、铜轴电缆、光纤等。 0064 Arcnet串口服务器主要就是实现串口与Arcnet接口之间数据的转换，同时需要 提供一个接口对串口服务器进行设置。由图2可看出，Arcnet串口服。
20、务器对外提供3种通 信接口，分别是Arcnet接口、串口、console接口，每种接口功能如下： 0065 (1)Arcnet接口，负责接收上位机或Arcnet总线发送给串口的数据，将串口的数 据转发给上位机或Arcnet总线。 0066 (2)串口，用来与串口设备进行通信，根据需求不同，可以扩展成4口、8口、16口等 不同接口的串口服务器，串口电平也可以设置成RS482、RS422、RS232等电平。根据目前串 口的应用情况，串口波特率最高设置为115200Bps。 0067 (3)console接口，用来配置串口服务器参数、各个串口的参数，此console接口可 以根据需求的不同，选择串口。
21、、I2C、SPI等多种串行接口。 0068 串口服务器中数据传输依据的协议具体为： 0069 Arcnet串口服务器主要功能是完成协议的转换，协议很大程度上决定了串口服务 器的性能。 0070 Arcnet协议：Arcnet是一种令牌式总线协议，每个Arcnet节点有一个唯一的地 址，从最小号地址开始循环传输令牌，获得令牌的Arcnet节点才可以发送数据。令牌传输 的时间间隔是74us，一次最多传输508字节数据。 0071 数据包外部总的协议不做要求，可以采用任何协议，数据包内部协议中实际内容 如图3所示，每个字段的含义如下： 0072 “串口数量”：这一数据包中包含串口数据的实际数量，因为。
22、实际应用中，可能不会 用到所有的串口，根据此字段计算包的长度。 0073 “串口号”：需要收发数据的串口号，串口服务器从第一串口开始，依次编号为1、 2、.16。 0074 “数据长度”：该串口号串口收发数据的长度，数据最长长度设置为24。设置最长长 度主要有两个考虑，一是为了保证所有的串口都有平等的机会参与收发数据；另外一方面， 考虑Arcnet总线一次最多传输508个字节，每个串口加上“串口数据”、“串口号”两个字段， 最多26个字节，如果16个串口全部使用，一次需要传输416个字节，加上一些协议的消耗， 可以保证Arcnet总线一次将所有字节发送完毕，提供串口收发的实时性。同时需要根据此。
23、 字段计算下一个串口数据包的位置。 0075 “数据”：串口服务器传输的实际数据。 0076 “帧头和帧尾”：根据协议的不同，可以选择不同的帧头和帧尾。 0077 基于Arcnet串口服务器的具体的数据传输的软件方法： 0078 CPU实现Arcnet协议与串口协议之间的数据转换功能。一方面，通过Arcnet协议 芯片，接收Arcnet总线上的数据，如图3所示对数据进行解析，判断数据是需要通过哪个串 口发送出去，然后将数据通过该串口的串口协议芯片发送出去；另外一方面，CPU通过某个 串口协议芯片接收来自这个串口上的数据，将数据按图3所示字段进行数据打包，然后将 打包后的数据通过Arcnet协议。
24、芯片发送出去。 0079 可知软件上主要包含接收Arcnet数据、发送Arcnet数据、接收串口数据、发送串 说 明 书CN 102937944 A 5/5页 7 口数据4个流程，每个流程如下： 0080 接收Arcnet数据：采用中断方式，一旦接收到数据立即执行，如图4所示。接收到 Arcnet数据，首先进行帧头尾、CRC等校验，校验正确后，根据Arcnet数据的数据包内部协 议，对数据包进行分解，解析出各个串口所需要的数据，放入串口发送缓冲区内。 0081 发送Arcne数据：采用周期轮循的方式，如图5所示。每个周期开始从第一个使能 的串口开始查询，判断串口接收缓冲区是否有数据。如果有数据。
25、，根据Arcnet数据的数据 包内部协议，读取数据并将数据存放入Arcnet发送数据缓冲区内，然后查询下一个使能的 串口。直到查询到最后一个使能串口，将收到的串口数据整体打包，发送给上位机。如果没 有数据，则继续进行使能串口的查询；若没有使能串口，则判断Arcnet发送缓冲区内是否 有数据，若有数据，则进行数据发送。 0082 发送周期：根据协议，一次Arcnet传输可以发送16个串口，每个串口24个数据。 串口采用115200Bps，平均每86us接收到一个数据，串口接收24个数据的时间约是2ms左 右。考虑Arcnet的发送周期，只要发送周期小于1ms就不会造成数据堆积。 0083 接收串。
26、口数据：采用中断方式，一旦接收到串口数据，就存入串口接收缓冲区内。 0084 发送串口数据：采用中断方式，判断串口协议芯片是否发送空中断信号，如果判断 发送了空中断信号，并且串口发送缓冲区有数据，则进行数据发送。 0085 一种基于Arcnet串口服务器的通信系统如图6所示：包括Arcnet总线、上位机、 多个Arcnet串口服务器；对于需要使用更多串口的场合，利用Arcnet总线的特点，可以很 好的实现此功能。 0086 该通信系统采用基于总线型的拓扑结构，Arcnet串口服务器并联在Arcnet总线 上，Arcnet总线连接上位机。一条总线上最多可以挂载255个Arcnet节点，理论上可以。
27、扩 展上千个串口。 0087 其中Arcnet总线通过Arcnet总线接口与上位机相连，作为串口与上位机之间 的通信桥梁，负责接收上位机发送给串口的数据，将串口的数据转发给上位机。同时通过 Arcnet总线接口，也可以对各个串口参数进行配置。最高通信速率为10M Bps，采用双绞线 通信方式。 0088 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书CN 102937944 A 1/3页 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102937944 A 2/3页 9 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102937944 A 3/3页 10 图6 说 明 书 附 图CN 102937944 A 10 。