串口转以太网–单片机联网的革新

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串行通信协议是用于工业设备之间数据通信的应用最广泛的通信协议。绝大多数工业设备都有串行接口。并且,目前是互联网的时代,因为许多用户的功能或服务都是通过互联网实现的。比如,诸如电视,DVD和影音系统等消费品需要连接到互联网的功能才能提供许多互联网的服务。此外,绝大多数工业设备也需要将互联网功能作为一个基础实现。互联网具有基于TCP(UDP)/IP的以太网协议服务于互联网设备之间的数据通信。通过互联网的主要功能有:

(1)远程设备控制

(2)远程监控及维护

(3)数据集合

(4)远程固件升级

这样,如果工业或消费者的设备只具有串行接口,为了提供互联网功能,串口转以太网网关就变得尤为重要。并且,我们可以猜测,串口转以太网网关的市场应该会比较大,因为仍然有大量的消费产品和工业设备需要这类网关。

在电子消费品中,数字电视和STB需要串口转以太网网关。并且在工业设备中,工业测量系统,远程控制系统,工厂自动化系统,和生产线自动化系统都是适合于串口转以太网网关的好的应用。被称为绿色技术的主要组成部分的智能测光系统是目前一个新的潜在串口转以太网网关的应用。所以,我们可以认为串口转以太网网关在世界上仍然具有很大的市场。

如果你对于串口转以太网网关及其市场有兴趣,你就应当考虑如何完成你自己的串口转以太网网关了。

在工业领域,例如RS232, RS422和RS485的串行通信是最知名的数据通信的方式。串行协议并不复杂,所以任何人都可以简单地完成所需要的功能。并且,目前已经有许多擅长串行协议的工程师。也就是说,这些工程师拥有丰富的经验来完成任何关于串行通信的功能。

然而,一般的以太网功能都是作为操作系统核的一部分或者诸如RTOS(Real time OS)的嵌入式操作系统来提供的。当然,内核是通过基于TCP/IP软件协议栈的软件程序实施的,并且安装在操作系统内部。所以,用户很难对已有的功能进行修改或给内核增加新功能。再有,我们也很难找到一个能够修改操作系统内核的工程师,因为这样的工程师应当经过很长时间的锻炼并且具有足够的TCP(UDP)/IP协议的技术知识。

通常,串行通信甚至能够在像8051, PIC和AVR series低等终端MCU中完成。串行协议并不复杂并且具有简单地操作流程。但是,在以太网实施的情况下,MCU和存储空间的选择应该深入考虑,因为操作系统或实时操作系统应该安装。我们都知道,操作系统或实时操作系统都需要强大的MCU性能和大的存储空间。

更困难的是,如果用户尝试在操作系统或实时操作系统下完成自己的功能,工程师的技巧和经验是非常重要的。

我们怎么样才能简单地完成串口转以太网网关呢?我们不需要担心串口部分。问题是怎么来完成以太网的部分。如果我们以传统的方式,用操作系统或实时操作系统来具有以太网的功能,我们需要考虑许多问题从而使其变得复杂。

然而,如果我们用芯片的解决法案从内部解决以太网的协议,我们就能够以最简单的方式和最短的时间来完成以太网网关的解决方案。我们可以猜测到一下情景:

(1)无操作系统或实时操作系统

(2)无需高MCU:诸如8051, AVR和 PIC的低端MCU足矣

(3)无需大的存储空间

(4)无需TCP/IP的技术知识和长期经验

(5)无需复杂而大段的程序

(6)芯片中的硬件逻辑能够保证高性能和功能上的可靠性

所以,我们可以做出非常简单而且集成的串口转以太网网关的硬件平台。

第一,我们可以利用如8051, AVR和PIC等具有小存储空间的低端MCU,因为我们并不需要利用操作系统或实时操作系统。大多数工程师已经很熟悉这样的低端MCU,并且处理起来非常简单。

第二,任何人都能够利用芯片完成以太网功能,因为这个芯片已经具有所有的以太网协议。我们并不需要去学习TCP/IP协议,也不需要具有长期的经验。只需要安装这个芯片。这个芯片与一般的以太网控制器完全不同。一般的以太网控制器只有Mac层和物理层,他们仍然需要操作系统。但是,这个芯片拥有Mac层和物理层,并且具有所有以太网的协议,包括TCP(UDP)/IP。

第三,芯片的驱动非常简单,只在20Kbytes之内。这个驱动也可以加入任何操作系统,应为它是有简单的C语言完成的。

我们现在是否已经有这样的芯片呢?是的,幸运的是,WIZnet已经提供了这样的芯片和以太网解决方案。

在我们的网站上,串口转以太网网关的产品名字是W5200(http://www.wiznettechnology.cn/Sub_Modules/product/Product_Detail.asp?cate1=5&cate2=38&cate3=0&pid=1144),W7100(http://www.wiznettechnology.cn/Sub_Modules/product/Product_Detail.asp?cate1=5&cate2=40&cate3=55&pid=1001)和W7200(http://www.wiznettechnology.cn/Sub_Modules/product/Product_Detail.asp?cate1=5&cate2=40&cate3=68&pid=1166)

 

W5200芯片示意图

W7100芯片示意图

W7200芯片示意图