基于Linux的串口服務器設計[1]

互聯網技術責任編輯：dzcydh 2012-04-06

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摘要：隨著互聯網的迅猛發展，在使用計算機進行網絡互聯的同時，各種家電設備、儀器儀表以及工業生產中的數據采集和控制設備也在逐步地走向網絡化，以便共享網絡資源。所以，在電子設備日趨網絡化的今天，利用串口服務器來實現網絡通信具有十分重要的意義。利用基于TCP/IP的串口數據流傳輸的實現來控制管理設備，無需投資大量的人力、物力

隨著互聯網的迅猛發展，在使用計算機進行網絡互聯的同時，各種家電設備、儀器儀表以及工業生產中的數據采集和控制設備也在逐步地走向網絡化，以便共享網絡資源。所以，在電子設備日趨網絡化的今天，利用串口服務器來實現網絡通信具有十分重要的意義。利用基于TCP/IP的串口數據流傳輸的實現來控制管理設備，無需投資大量的人力、物力即可完成對傳統設備的管理、更換或者升級。

串口服務器的功能

串口服務器是一種通信協議轉換器，它設有兩類通信端口：一類是標準的RS232/422/485格式的串行端口，遠程的RTU（遠程終端設備）監控模塊通過串行控制總線接入串口服務器的此類端口；另一類是以太網口，通過網線將串口服務器接入局域網的交換機等設備中。

串口服務器在工作中可自動將RS232/422/485格式的串行數據與基于TCP/IP協議的以太網數據包進行透明轉換。一方面，串口服務器收到來自某一串行端口的現場數據，將其轉換為TCP/IP格式的數據，通過以太網口進行網絡上傳；另一方面，串口服務器在局域網中捕獲合法的數據協議包，通過解包來解析出有效的控制信息，通過監控機指定的串行端口將控制命令以串行數據的方式傳送給遠程RTU.

硬件平臺

此系統的硬件平臺如圖1所示，它是以AT91RM9200芯片構建的Multibus-CPU開發板。MultiBus-CPU系統是基于AT91RM9200微控制器的智能化多總線測控系統，該系統可以建立基于Modbus-RTU總線協議的總線通信，使系統設備可以無縫地接入到基于Modbus-RTU模式的總線系統，以及可靠、實時并準確地完成工業現場的數據采集和信號輸出等功能。系統支持Modbus-RTU協議，同時，系統還支持多種總線通信，包括RS485總線，工業以太網（UDP協議），串口RS232通信接口和USB通信接口。

軟件平臺

本設計采用嵌入式Linux作為操作系統。ARM上的Linux的主要優勢：可擴展的完整操作系統提供了可靠的多任務環境，基于開源模型（GPL），利用多種UNIX和開源應用程序以及用于基于ARM技術的多種設計（包括網絡和無線領域）。

Modbus協議

Modbus協議是應用于電子控制器的一種通信語言。利用這個協議，控制器相互之間以及控制器通過網絡（例如以太網）和其他設備之間進行通信。

主流的Modbus協議為標準Modbus協議（Modbus RTU協議）和Modbus TCP協議。標準的Modbus通信協議定義了報文幀的每一字節，定義了怎樣將數據打包成報文幀以及如何解碼。報文幀包括一個字節的地址碼，一個字節的功能碼，數據和兩個字節的校驗碼。其中，校驗碼采用CRC校驗。

Modbus TCP協議是在標準Modbus協議的基礎上進一步發展而來的。它是將Modbus協議嵌入到底層TCP/IP協議中構成的，這樣就在TCP/IP的以太網上實現了客戶機-服務器架構的Modbus報文通信。

分析Modbus TCP協議和RTU協議，可以非常清楚地看出兩者的主要區別。與Modbus RTU協議相比，Modbus TCP數據幀里已不再有CRC校驗，而這部分校驗的任務是由TCP/IP協議和以太網的鏈路層來完成的 .另外，Modbus TCP較標準的Modbus協議還加入了一個MBAP報文頭，由它來解釋說明Modbus的參數和功能。其他部分兩者可以互相通用。如果TCP協議轉換為RTU協議，那么，只需要把TCP協議MBAP頭中的 “單元標識域”和后續字節組成一幀，再加上此幀的CRC校驗就可以組成RTU協議，而在串行鏈路上進行發送。如果是RTU協議轉換到TCP協議的話，那么要根據實際情況組建一個MBAP頭。

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