基于LabVIEW的PC机与CortexM3微处理器的以太网通信(1)

基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＰＣ机与Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３微处理器的以太网通信
张维
（兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州７３００７０）
摘要：以ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３为核心的嵌入式处理器．配，’：Ｃ／ＯＳ－ＩＩ嵌入式操作系统和基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＰＣ构成的嵌入式系统，开 发适合于嵌入式设备的以太网络通信。该文还介绍了ＴＣＰ协ｊ上。给出了硬件接口驱动程序的实现，最终实现嵌入式以太网的数据
’
ｓｅｎｄ０＂ｅｍｐ，ｗｅｂ，ｓｉｚｅｏｆ（ｗｅｂ），０）；／／发送网页
ｍｅｍｓｅｔ（ｔｅｍｐｄａｔａ，０，４００）；，／清空接受缓存区
ｃｌｏｓｅ（Ｔｅｍｐ）；／／断开连接 微处理器与ＰＣ通过以太网口连接，通过ＬＭ—ｌｉｎｋ或者其他调试器将此编写好的程序下载到微处理器中，运行后并可访问服务
器中的网页。
多个操作可以并行执行，加快了应用程序执行速度。它结合了１０１１００以太网媒体访问控制（ＭＡＣ）以及物理层（ＰＨＹ），标志着ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３微控制器具备了集成连接能力。还是唯一系列同时集成了１０／１００以太网ＭＡＣ和ＰＨＹ物理层的ＡＲＭ架构ＭＣＵ。
它是专为针对工业应用方案设计的，这些应用方案包括远程监控、电子贩售机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动 化、ＨＶＡＣ和建筑控制、游戏设备、运动控制、医疗器械、火警安防等。
Ｕｓｅｒ目录存放用户代码与设置；如其中的Ｍａｉｎ．Ｃ文件是编写任务的地方，ｏｓ＿ｃｆｇ．Ｈ是Ｃ／ＯＳ－ＩＩ的配置文件；
收稿日期：２００９－１１－２３ 作者简介：张维，男，湖北天门人，硕士，研究方向为基于ＬａｂＶＬＥＷ的测试计量技术与集成电路的开发。
万方数据
本栏目责任编辑：冯蕾
第６卷第３期（２０１０年１月）
‘
Ｃｌｏ·ｏ嗣连接ｌ
Ｉ
ｌ鬻辫Ｉ
ｓｅｒｖａｄｄｒ．ｓｉｎ＿ａｄｄｒ［０ｌ＝ＮｅｔＰｏｒｔｆ０１．Ｍｙ—Ｉｐ【ｏ】；／／设定本地ＳＯＣＫＥＴ的ＩＰ地址 ｓｅｒｖａｄｄｒ．ｓｉｎ＿ａｄｄｒ［１】＝ＮｅｔＰｏｒｔ［０］．Ｍｙ—Ｉｐ［１ｌ；
ｓｅｒｖａｄｄｒ．ｓｉｎ＿ａｄｄｒ［２】＝ＮｅｔＰｏｒｔ［０］．Ｍｙ＿ｌｐ【２】； ｓｅｒｖａｄｄｒ．ｓｉｎ＿ａｄｄｒ［３１＝ＮｅｔＰｏｒｔ［０］．Ｍｙ—ｉｐｔ３］；
３上位机ＰＣ的ＬａｂⅧＷ翟序设计
３．１ ＬａｂＶｌＥＷ软件简要介绍（功能优势）
ＬａｂＶＩＥＷ软件是美国国家仪器公司的基于图形化Ｇ语言的开发环境，是利用ＰＣ计算机显示器（ＣＲＴ）的显示功能模拟传统仪 器的控制面板，以多利－形式表达输出检测结果，利用ＰＣ计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理。由Ｉ／Ｏ接口设备
ｌ ｃｏ加比Ｄ与远程服务墨连 Ｉ接。连持威功返回走接序号
上
Ｒ删、ｓ∞ｄｏ根据上面得捌
的序号进行读写摄作
如图２所示。 此设计采用微处理器作为服务器端、Ｐ！ｊ作为客户端的模式。Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３处
理器在ＩＡＲ实时操作系统下，必须对其进行连接函数的编写．其部分程序如下： ｓ—ｓｏｃｋｅｔ（０，０，０）；／／建苞一个百度文库于ＴＣＰ通信的Ｓｏｃｋｅｔ
ＴＸ标准。它具有全双工和半双工的１０／１００Ｍｂｐｓ的．Ｔ作模式、ＣＲＣ错误拒绝控制、用户可配置中断、自动ＭＤＩ／ＭＤＩ—Ｘ交叉校验、自 动极性校正和１０ＢＡＳＥ－Ｔ信号接受等功能。其具体设计如图ｌ所示。
２下位机ＬＭ３Ｓ８０∞芯片的以太网通信程序设计
。
２．１以太网通信一ＴＣＰ通吉协议
所谓以太网通信，就是，’’用当今世界一｝：最流行的开放局域网Ｅｔｈｅｍｅｔ 作为连接工业Ｉ／Ｏ控制模块的通信网络。在以太网中，所有计算机被连接一 条同轴电缆上，采用具有冲穿检测的载波感应多处访问（ＣＳＭＭＣＤ）方法， 采用竞争机制和总线拓扑结构。∥太网通信采用的协议是ＩＥＥＥ８０２．３和 ＴＣＰ协议。因此，在以太网通信中，ＴＣＰ协议作为以太网的一种基本通信标 准，具有及其重要的作用。
在工业生产环境下，存在种监控设备、检测装备等终端设备，其硬件基本都是基于嵌入式系统开发的。然而，在这些设备中存在 很多参数的设置、数据传输等问题。为了解决这些集中的通信问题，此论文综合阐述了系统的设计方案。整个系统以基于ＬａｂＶｌＥＷ 软件平台的ＰＣ机作为上位机的管理，通过ＬａｂＶＩＥＷ的强大的功能实现通信、波形显示等功能。而各种监控设备和检测装备将围绕 Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３处理器为核心，基于Ｃ／ＯＳ一１Ｉ嵌入式操作系统和ＬａｂＶＩＥＷ的ＴＣＰ通信功能，综合叙述７ｒＣＰ协议在本设计中的实现。
量务曩精
ｓ。ｃｋ吣创建垂字节 上
Ｂｍｄ。车地ｌＰ和靖ＣＩ Ｉ与謇接字相连
客Ｆ，ｒｏｉｍ
ｓ。ｄｃ日。电！｜建ｌ宇Ｉ
Ｉ
与赫罕相连 Ｂ劬１０本地ＩＰ和靖口
２．３基于ＩＡＲ操作系统的ＴＣＰ通信程序设计（包括框图流程、设计代码）
ＴＣＰ协议是传输控制协议．它是基于ＩＰ的面向连接的、端对端的可靠通信
协议。阑此，服务器和客户端进行ＴＣＰ通信的时候。必须运用Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ接ｆｉ函 数来设置ＩＰ地址。此设计采用ＰＣ作为客户端的模式进行对微处理器的访问。 在访问过程中，通过接口函数需要进ｊｊ监听连接、ＴｃＰ接受函数、ＴＣＰ发送函数、 ＴＣＰ连接确认函数、ＴＣＰ连接关闭函数、ＳＯＣＫＥＴ关闭函数等过程。其通讯过程
１．２ ＬＭ３Ｓ８伽０处理器的以太网接口设计
ＬＭ３Ｓ８０００系列ＣＰＵ支持以太网接口．以太网通信需要通过一个网络变换器，此设计采用ＨＲ６０１ １６８０网络变换器进行设计。它 由一个完全集成的介质访问控制器（ＭＡＣ）和网络物理层（ＰＨＹ）接ＬＩ器件组成，遵循ＩＥＥＥ ８０２．３规范，支持１０ＢＡＳＥ—Ｔ和１００ＢＡＳＥ—
Ｃｏｍｐｔ矗ｅｒ船柳础＿口｜弦ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｔｏｇｙ电■知识与技术
Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ用来存放用户自己编写的中间件。如：Ｕａｎ０．Ｃ、Ｕａｒｔ０．Ｈ串口通讯 中间件等：
Ｃ／ＯＳ—ＩＩ Ｓｏｕｒｃｅ目录存放Ｃ／ＯＳ—ＩＩ针对ＬＭ３Ｓ微处理器的移植代码； Ｔａｒｇｅｔ目录存放针对ＬＭ３Ｓ的初始化代码；并且提供简单的外设控制ＡＰＩ 函数，方便用户调试。
有及其广阔的应用前景。
参考文献：
ｆ１】杨乐平，李海涛，杨磊，等．ＬａｂＶＩＥＷ程序设计与应用【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００６． ｆ２１陈锡辉，张银鸿．ＬａｂＶＩＥＷ８．２程序设计从入门到精通ｆＭｌ．北京：清华大学出版社，２００７．
【３】周立功．ＥａｓｙＡＲＭ８９６２实验教程ｆＭ】．广州：广州致远电子有限公司，２００６． 『４Ｉ周立功．Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３开发指南一基于ＬＭ３Ｓ８０００［Ｍ］．广州：广州致远电子有限公司，２００６． 『５１朱云芳，江桦．Ｐｒｏｔｅｌ ９９ＳＥ电路设计与制板ＩＭＩ．北京：机械工业出版社，２００７． 『６１张新亮，孙军强．ＬａｂＶｌＥＷ驱动一般多功能接口卡的研究【Ｊ】．仪器仪表学报，２０００． ［７１ ＬａｂＶＩＥＷ Ｕｓｅｒ Ｍａｎｕａｌ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．２０００．
图１ 以太网接口硬件连接
２．２基于ＬＭ３Ｓ系列处理器的Ｃ，ｏＳ一Ⅱ在ＩＡＲ上的移植
Ｃ／ＯＳ—ＩＩ是基于优先级的可抢先的硬实时内核。它是一种专门的嵌入式设备设计的内核，被移植到各种开发系统中。Ｃ／ＯＳ一１１只 是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。它具有良好 的可扩展性和源码开放，适合于工业中的嵌入式实时操作系统。在ＩＡＲ的移植过程中，必须配置以下的目录移植：
ＺＨＡＮＧＷｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３，Ｃ／ＯＳ一１Ｉ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＰＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ ｃｏｍｐｏｓｅ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｔｈｅｍｅｔ—ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈａｔ ＴＣＰ ａｇｒｅｅ－ ｍｅｎｔ，ｔｅｌｌ ｕｓ ｈｏｗ ｔＯ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｒｉｖｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＣａｔＴｙ ｏｕｔ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｅｔｈｅｍｅｔ—ｅｍｂｅｄｄｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｔｈｅｒｎｅｔ；ＬａｂＶＩＥＷ Ｃ／ＯＳ－ＩＩ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ；ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３
完成信号的采集、测量与调理。从而完成各种测试功能的一种汁算机系统。
３．２ ＬａｂＶｌＥＷ软件的ＴＣＰ通信的程序设计
ＴＣＰ通信协议是通过三次握手来初始化．目的是使数据段的发送和接 送同步，告诉其他主机其一次可接受的数据量，并建诳虚连接。ｉ次握手的 过程包括：初始化、接受主机的回复、请求发送数据。在此三个过程中，都可 以采用ＬａｂＶＩＥＷ软件很容易实现，其实现程序如图３所示。
ｆ８１段海龙澎辉俊，程健．基于ＡＲＭ的嵌入式以太网通信的实现【Ｊ】．网络通信，２００３． 【９】吴明晖等．基丁ＡＲＭ的嵌人式系统开发与应用【Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００４．
【１０１ ＲＴＬ８０１９ＡＳ用户手册『Ｚ１．Ｒｅａｈｅｋ Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ．
【１１１何轩．基于ＡＲＭ微处理器的嵌入式以太网接口ｆＪｌ．电子工程师，２００５，３Ｉ（１）：７２—７４． ｆｌ ２】袁军．以太网通信功能在ＡＲＭ微处理器的实现『Ｊ１．机电产品与创新，２００４，１７（５）：６８—７０． 【１３】Ｂｅｎｔｈａｍ ｊｅｒｅｍｙ．嵌入式系统Ｗｅｂ服务器ＴＣＰ／ＩＰＬｅａｎ［Ｍ］．陈向群译．北京：机械工业出版社。２００３．
图２ ＴＣＰ通讯时ＳＯＣＫＥＴ ＡＰＩ函数应用
ｓｅｒｖａｄｄｒ．ｓｉｎ＿ｐｏｒｔ＝８０；，，设定临听的本地端口 ｅｉ－ｂｉｎｄ（（ＳＯＣＫＥＴ４）＆ｓ，（ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＋）＆ｓｅｒｖａｄｄｒ，ｓｉｚｅｏｆ（ｓｅｒｖａｄｄｒ））； ，／绑定（服务器端）ＩＰ地址和监听端口．
ｅｉ＝ｌｉｓ—ｅｎ（（ＳＯＣＫＥＴ ４）＆ｓ，４）；／／监听的连接数是４个连接
ｌ基于Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３处理器嵌入式以太网接口设计 １．：ＬＭ３船伽０系列处理器介绍
ＬＭ３Ｓ８０００系列处理器是ＡＲＭ公司于２００６年专为工业设备的一款高性价比和高性能的微控制器解决方案。它能够提供高效 性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择．适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控制以及链接能力的应用方案。它基 于Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３处理器内核。采用哈佛结构，即内部的指令和数据总线是相互独立分开的，指令和数据口『以从存储器中同时读取，对
传输。
关键词：以太网；ＬａｂＶＩＥＷＣ／ＯＳ－ＩＩ：嵌入式系统：ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３
中图分类号：ＴＰ３９３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９－３０４４（２０１０）０３—５８０—０２
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ－ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ ａｎｄ Ｃｏｒｔｅｘ——Ｍ３ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
‘‘小结 ＴＣＰ协议已经成为最为流行及广泛使用的以太网协议．ｃ。ｒｔｅｘ—Ｍ３微
图３客户端框图程序
处理器正在以其造价和功能ｊ＝的优势。慢慢地占据大部分市场。因此，采用ＴＣＰ协议对Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３微处理器和ＰＣ机进行以太网连
接，对于工业的数据采集、数据通信和处理等过程是及其重要的研究。在远程图像监控系统、远程温度监控系统等各种工业方面。具
Ｔｅｍｐ＝ａｃｃｅｐｔ（（ＳＯＣＫＥＴ＋）＆ｓ，（ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＋）＆ｃｌｉａｄｄｒ，＆ａｄｄｒｌｅｎ）；／／接受客户端的连接请求
ｒｅｃｖ（Ｔｅｍｐ，ｔｅｍｐｄａｔａ，４００，０）；／／读取数据
ｓｅｎｄ（Ｔｅｍｐ，ｈｔｔｐｗｅｂ，ｓｉｚｅｏｆ（ｈｔｔｐｗｅｂ）一１，０）；／／发送应答
ｌＳＳＮ １００９－３０４４
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电奠知识与技术 Ｖ０１．６，Ｎｏ．３Ｊａｎｕａｒｙ ２０１０，ＰＰ．５８０－５８ １
Ｅ—ｍａｉｌ：ｉｎｆｏ＠ｅｅｅｅ．ｎｅｔ．ｃｎ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃａ Ｔｅｌ：＋８６—５５ ｌ一５６９０９６３ ５６９０９６４