吴康 本文介绍一种通过在TINI平台上建立一个应用层的有效简易方法，可将单独的串行设备迁移到以太网.并以应用实例作说明。 众所周知,当今难以计数的电子设备通过串口和其它设备通信。实际上，对于许多设备来讲,很多情况下，串行口是它们与外部世界通信的唯一渠道。例如自动调温器，销售点系统，远端监视器，条码阅读器，票据打印机，RFID(无线频率识别)收发器，血压计以及许许多多千差万别的现场设备，无论定是从传统的检测工具到最新的楼宇自动化等无不例外,但这些设备均没有直接参与用大型计算机网络的手段.而新的应用开发需要TCP／IP(传送控制协议/国际互连网协定)的连通性和以太网的通信能力。然而，昂贵的成本和耗时的设计常常又令人望而却步。怎么办? 本文介绍一种简易、经济的办法，通过在微型因网接口(Tiny InterNet Interfaces)TINI平台(该平台基于DS80C390或DS80C400微控制器实现)上建立一个应用层，可将单独的串行设备迁移到以太网。一旦将设备连接到以太网，TINl web服务,例如HTTP(超文本传送协议)服务器的实现便水到渠成。下面就该方法的几个方面作分折说明. RS-232串口 本文所讨论的异步串行通信基于RS-232-C标准，可一直追溯到计算机历史的早期。RS-232-C发布于1969年。现在的大多数串行口不支持标准所规定的所有信号。此外，已实现的信号也只是以一种“相当接近”于标准的方式在使用。为此,将不考虑纯粹的历史定义，而只关注当前RS-232的使用方式。 空号和传号 RS—232—C规定“空号”(二进制0)为一个+3V至+25V的电平，“传号”(二进制1)为-3V至-25V。-3V和+3V之间的区域为“切换区”。很多通用异步收发器(UART)采用更现代的(相对来讲)TTL电平0V和+5V表示0和1。专用的电平转换器，例如著名的MAX232，可以实现TTL和RS—232电平的转换。因为DS80C390／DS80C400的串行口是TTL兼容的，因此在和其它TTL电平的UART接口时不必采用电平转换器。 DCE和DTE 数据通信设备(DCE)和数据终端设备(DTE)是一条通信信道的两个端点。它们之间的一个主要差别是串行连接器的插脚定义。通过一个所谓的空调制解调器可在它们两者之间进行转换。 表1列出DTE串行连接器DB-9上的信号定义，以及另外一个采用空调制解调器的DTE 上的对应信号。 流控制 串行通信时，你可以向一条芯线发送(TD)而从另外一条接收(RD)。然而，如果两个采用RD／TD通信的设备任意进行发送，其中一个有可能超速另一个而导致数据丢失。通常采用以下两种办法之一实现必要的流控制： *XON／XOFF(常常简单地称为软件流控制) *RTS／CTS(常常简单地称为硬件流控制) XON／XOFF流控方式通过发送带内字符使另一侧暂停(XOFF，13h)或继续(XON，11h)发送。如果XON和XOFF字符出现在二进制数据流中，则发送方软件忽略它而由接收方软件打开。 RTS／CTS需要使用额外的信号线。RTS(请求发送)由发送方发出。如果接收准备就绪，接收方以CTS回应(清除发送)，当其接收缓冲器满时就清除CTS。 有些设备支持流控制而有些不能。于是，默认设置常常为“没有流控制”，如果已知某个设备执行流控制，该设置将不起作用。 速度，数据位，停止位和奇偶位 为了通信成功，还必须设置发送速度(位速率)，数据位数和停止位，以及奇偶校验类型(如果有的话)。大多数新设备采用一种“8N1”设置，代表8个数据位，无奇偶位，和一个停止位。然而，传统系统各种可能都有，因此，正确地进行设置还并非微不足道。 TINI和网络 TINI是Dallas Semiconductor开发的一种技术平台，目的是协助用户快速整合DS80C390和DS80C400网络微控制器到其目标应用中。TINI定义了一个芯片组，并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人式开发中不多见的强大功能：多线程，无用单元收集，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使用者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)。 除了完全支持java.net包之外，TINI Java运行环境还包含一个完整实现的javax．comm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。 下面的例子所用到的TINIm390验证模块(可插入E10插座)是DS80C390TINI开发平台的硬件部分(TINIm400采用DS80C400)。除了SRAM，闪存，以太网，CAN总线，1-Wire等，系统还具有四个串行口。两个UART位于DS80C390内部(称为serial0和serial1)；两个端口在外面(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。 举例 下面介绍两个具体应用，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，它可适应于几乎各种应用。这些范例利用TINIm390／400验证模块搭建而成。TINI验证模块作为一个“黑匣子”被用来连接多个串行设备到以太网。根据最终设备的需要，TINI可以执行简单的数据传递，或者也可以对数据流进行解析、翻译或调整(见图1所示)。

     尽管可以在TINIm390／400的开发者外壳上运行这些范例，更合理的做法是将其驻留于闪存之中，掉电之后还能够自启动，并利用其他的一些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。样例工作代码也可从Dallas的ftp站点(np://dalsemi．com)下载。 虚拟调制解调器 第一个范例-“虚拟调制解调器，利用TINIm390／400和TCP／IP连接，替代物理调制解调器和电话线。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。为了削减服务器侧日益增长的调制解调器库，并利用现有的LAN(区域性网络)取代连接到设备的电话线，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。 在此表象之下，虚拟调制解调器每次接到“ATD(异步分时”调制解调器拨号命令时，实际建立的是TCP连接。“ATH(提示中止)”断开命令关闭TCP连接。软件也可实现一系列其他的经典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 main(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 { CommP0rtIdentifier portld= CommPortIdentlfier.getPortIdentifier(“serlal0”)； SerialP0rt port = (SerialPort) portIdOpen{’VHOdemTINI”, 10000)； TINIOS．setRTSCTSFlowControlEnable(1，false)； TINIOS．setRTSCTSFlOwControlEnable(0，true)； TCPSerialVirtualModem modem = new TCPSerialVirtualModem(port,／* Comm speed ／ 9600，／*TCP Port *／8001)； modem，processInput()； ) catch (Kxception e) { System．out．println(”Exception： ”+e．toString())； ) ) 这段代码首先禁止掉所有来自TINI操作系统的调试输出——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。 虚拟调制解调器类包含一个AT命令解释器和网络代码。下面的代码可用来设置串口位速率，数据和停止位，以及奇偶位，从中可以发现，处理人站连接是何等简单: ／** CreateS a new Virtual MOdem Connected to a Serial port on * one end and a TCP port on the data side． * Serial - - the Serial port this Virtual Modem talks to． * Speed - - the Speed the Serial port Should be Set to. * tcpport - - the TCP port this Virtual Modem listens on． * throws IOException when there’s a problem with the serial or TCP port. *／ public TCPSerialVirtualModem(Serial Port Serial， int Speed， inttcpport) throwSs IOException { super(Serial)； try { serial．setSerialportparams(speed， Serialport．DATABITS_8， Serialport．STOPBITS_1， Serialport．PARITY—NONE)； } catch (UnSupportedcommoperationException e) { throw new IOEXception( )； } … serVerSock = new Serversocket(tcpport， 1)； ／／ backlog of one liStenThread = new liStenInbound( )； liStenThread．Start( )； } 最后，以下listenThread( )片段可接受一个到来的连接请求： pUubliC void run( ) { ‘ ． int rc； socket S； while (running) { S = null； ／／ No incoming connection request try { answered= false； s=serverSockk．accept( )； ／／ Discard incoming connection if already connected if (connected) throw new IOEXception( )； sock=S； ／／ for answer( ) UPS监视器 第二个实例是将TINIm390／400连接到一个不中断电源的串口。软件采用网络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，它实际上不输出任何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。例如：

     javax.comm..notifyon一．( )方法可在Java中简单实现响应状态改变的代码. 例如： … ／／ LiSten for DTR Changes try { pOrt．addEVentLiStener(thiS)； } catCh (T00ManyLiStenersEXCeption e) { } port .notifyonDSR(true)； … public Void SerialEVent(SerialportEvent ev) { try { if (ev.getvEenttype( ) = = SerialportEvent．DSR) · … } catCh ．．． … } 智能型UPS更有趣一点，因为它执行一个串行协议，能够返回电池充电的百分比或温度等参数。在不同的生产商之间，通信协议相差悬殊，且通常没有文档记录。 归功于Java内置的强大网络支持，本实例几乎不需要其它解释。在while( )循环体内的代码一直等待，直至接收到一个UDP请求，然后解析这个请求，利用getAddress( )从输人数据包中获取请求者，向请求者发送一个回应。 通用串行口-以太网应用关于完整的串行口—以太网实例的讨论超出了本文范畴,不过，下列部分代码还是展示了在串行口—以太网桥的串口和网络之间，如何高效地利用多线程传递数据。串口和TCP端口被抽象为Input／Outputstreams dataIn和dataout，因而，这一层的代码实际上不必关心任何有关网络的情况，而且，它还可以在CAN和1—Wire间桥接数据。 Public GenericBridge( ) { running=true； · dCThread =new dataCOpy( )； dCThread．Start( )； } //Thread that copies，everything from dataIn to dataout private class datacopy extends thead { public void run ( ) { int r = 0； while (running && r >= 0 ) { try { synchronized {threadLock} { r = dataln．read(dataBuffer)； if (r > O) dataOut．write(dataBuffer, 0， r)； } } catch (exception e) { r = -l／; ．．． ／／ Handle error ) } ) ) ) 结论

     许多旧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，很容易在数小时之内开发出一个串行口—以太网转换器。