串口转以太网模块配置软件设计及实现

Ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　串口转以太网模块配置软件设计及实现　孙晓晔１Ｉ２．成彬２，３　（１．石家庄开发区冀科双实科技有限公司，河北石家庄０５００８１；　２．河北省科学院应用数学研究所，河北石家庄０５００８１；　３．河北省信息安全认证工程技术研究中心，河北石家庄０５００８１）　摘　要：采用串口转以太网模块使现有串口设备具备联网功能是一种低成本实用的解决方案。　在使用之前．需要根据具体应用环境对串口转以太网模块的串口参数以及网络参数进行设置　对上　位机与串口转以太网模块间的通信协议进行了详细阐述，采用ＵＤＰ广播通信方式．由上位机通过网　口对模块进行参数配置　在Ｖｉｓｕａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ　２０１２下。用Ｃ｝｝编程实现了一套配置软件。配置过程中，上位　机和模块可以跨网段通信。避免需预知模块初始ＩＰ以及更改上位机ＩＰ地址的麻烦。使用更方便　关键词：通用同步／异步串行接收／发送器；以太网；通信协议　中图分类号：ＴＰ３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—７７２０（２０１５）２２—００７３—０３　引用格式：孙晓哗，成彬．串口转以太网模块配置软件设计及实现【Ｊ１．微型机与应用，２０１５，３４（２２）：７３—７５．　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｓｅｒｉａｌ　ｔｏ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｍｏｄｕｌｅ　Ｓｕｎ　Ｘｉａｏｙｅ　一．Ｃｈｅｎｇ　Ｂｉｎ　’　（１．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｚｏｎｅ　ＪＫＳＳ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８　１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｈｅｂｅｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８　１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｈｅｂｅｉ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　Ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｃｏｎｎｅｃｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｔｏ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｅｒｓｏｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．ＰＣ　ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｂｙ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　Ｕｓｅｒ　Ｄａｔａｇｒａｍ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＵＤＰ）ｂｒｏａｄｃａｓｔ．Ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ　ｉｎ　Ｓｔｕｄｉｏ　Ｖｉｓｕａｌ　２０１２　ｂｙ　Ｃ＃．Ｔｈｅ　ＰＣ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃａｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ　ｃｒｏｓｓ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｎｅｔ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｕｓｅｒｓ　ｃａｎ　ｃｏｎｆｉｕｒｅ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｇｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ｄｏ　ｎｏｔ　ｋｎｏｗ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉｌ　ＩＰ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌａｅ．ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ／ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ／ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；Ｅｔｈｅｍｅｔ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　０引言　长期以来　串行通信方式在数据采集、数据监控、安　防、医疗等很多领域应用普遍。但随着Ｉｎｔｅｍｅｔ的发展和　技术．只需增加串１：３转以太网模块．而无需淘汰原先的　串Ｅｌ设备．不仅可以提高设备利用率．还可以降低开发　成本、缩短开发周期，轻松实现串口设备联网　串口转以太网．实际就是将串口数据作为ＴＣＰ／ＩＰ的　应用需求的提升．其局限性也日益凸显：通信距离短、速　率低、网络特性差等¨ｌ。同时，物联网的迅猛发展，使得　嵌入式设备联网的需求越来越迫切　淘汰现有串口设备．研发能联网的新产品需要投入　大量的时间和人力物力，相比之下．采用串口转以太网　应用层数据，用ＴＣＰ／ＩＰ封装传输『２＿　。本文主要完成串　口转以太网模块上位机配置软件的设计．根据上位机和　串口转以太网模块问的通信协议．利用ＵＤＰ广播方式．　完成模块的参数配置，方便用户对模块的使用。　《微型机与应用》２０１５年第３４卷第２２期　欢迎网上投稿ｗｗｗ．ｐｃａｃｈｉｎａ．￣ｏｍ　７３　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　１串口转以太网模块简介　串口转以太网实际上就是将串行通信数据转化为　网络数据包发出．将收到的网络数据包用串行通信的方　式发出，从而实现串１：３与网１：３之间数据的透明传输［４－５１。　本文采用ＵＳＲ—ＴＣＰ２３２一Ｅ４５串１３转以太网模块。该　模块搭载ＡＲＭ处理器．采用Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核．内部集成　了ＬＷＩＰ协议栈。速度快。功耗低，工作稳定可靠【　。模块　在使用之前需配置的参数包括：串１３参数　（波特率、数　据位、校验位、停止位）和网络参数（工作模式、ＩＰ地址、　端１３号、子网掩码、网关等）。　２通信协议　对串１３转以太网模块进行参数配置．需要上位机按　照一定的通信协议向模块发送相应命令（数据报文）。　通信协议由报文头、报文长度、报文内容组成，上位　机发送的报文在末尾还带１　Ｂ的校验码．模块对上位机　的响应不带校验．如表１所示　在通信协议中加入校验　能够很好地解决传输误码的问题：接收方对收到的数据　进行校验。如果校验值不正确．则丢弃本包数据．并通知　发送方　表１　上位机配置软件与串口转以太网　模块之间的通信协议报文构成　报文头值为ＯｘＦＦ：报文长度为报文内容所占的字节　数．由于报文内容不同报文长度也会不同：校验码取报　文长度和报文内容各字节之和　报文内容中只有控制码　是必需的，用来标识不同的命令操作。ＭＡＣ地址、用户　名密码、参数由于控制码的不同可能不是必需的。　下位机返回的报文与上位机发送的报文格式类似．　但是不带校验．响应报文中控制码字段表示本报文是对　上位机发出的哪条命令的响应　发送搜索命令．模块会返回３６　Ｂ的数据。包括模块　的ＩＰ地址、ＭＡＣ地址．之后可以利用ＭＡＣ地址对该模　块进行其他参数的设置。　读取设置，返回２５６　Ｂ，包括基础参数（ＩＰ地址、网　关、子网掩码、用户名、密码、ＭＡＣ地址等）和串１３参数　（串口波特率、数据位、校验位、停止位、流控、本地端　１：３、工作协议等）。　响应报文除了上述必须返回上位机要求的相应参　数情况外．还包括对上位机命令的校验及命令的执行情况。　校验错误：　Ｅ　＋正确的校验值：　命令正确执行：ＦＦ　０１　ＣＭＤ　Ｋ　；　用户名密码错误：ＦＦ　０１　ＣＭＤ　Ｐ　；　其他错误：ＦＦ　０ｌ　ＣＭＤ　Ｅ　３上位机配置软件设计　为了方便跨网段进行配置．所有通信协议的操作均　７４　采用ＵＤＰ广播方式完成　３．１　ＵＤＰ广播原理　广播：一个节点发送数据包，网络中的所有节点都　可以收到　如果网络中两个主机上的应用程序要相互通　信，其一要知道彼此的ＩＰ：其二要知道程序可监听的端　口．因为同一主机上的程序使用网络是通过端口号来区　分的。　如果想在整个网络中广播数据．要向２５５．２５５．２５５．　２５５发送数据包．这种数据包不会被路由．它只能到达　本物理网络中的所有主机．因为如果路由器转发了广播　信息．那么势必会引起网络瘫痪。广播需要指明接收者　的端口号．因为不可能接收者的所有端口都用来收听广　播．所以通信时必须保证目标端口号和本地端口号不被　占用。　３．２配置软件的功能设计　配置软件的功能比较单一．需要读取模块的当前设　置（ＩＰ地址、网关、子网掩码、ＭＡＣ地址、串口波特率、数　据位、校验位、停止位、流控、本地端口、工作协议等）予　以显示．并能对这些参数进行设置　３．３程序设计及实现　上位机配置软件在Ｖｉｓｕａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ　２０１２开发环境下．　采用Ｃ＃编程实现。Ｃ＃中对ＵＤＰ的编程有两种方式：直　接使用Ｓｏｃｋｅｔ类和使用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ类＿８１。ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ类对基　础的Ｓｏｃｋｅｔ进行了封装．发送和接收数据时不必考虑底　层套接字收发时必须处理的～些细节问题，开发简单、　效率较高。因此．本文使用ＵｄｐＣ“ｅｎｔ类实现对ＵＤＰ协议　的编程　本文采用了多线程技术．用主线程发送数据．专门　启动一个线程用于接收数据．同一个进程中的两个线程　可以独立运行并相互通信。　３．３．１利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象实现ＵＤＰ通信——数据发送　利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象发送数据的流程如图１所示。　图１利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象发送数据　ｐｒｉｖａｔｅ　ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ　ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ；　，／创建ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象．这里使用１９０１端口　ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ＝ｎｅｗ　ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ（１９０１）；　／／远程主机及端口号　ＩＰＥｎｄＰｏｉｎｔ　ｉｅｐ：ｎｅｗ　ＩＰＥｎｄＰｏｉｎｔ（ＩＰＡｄｄｒｅｓｓ．Ｂｒｏａｄｃａｓｔ，　１９０１）；　《微型机与应用》２０１５年第３４卷第２２期　，，发送缓冲区　ｂｙｔｅ［】ｓｅａｒｃｈＤｅｖｉｃｅＣｏｍｍａｎｄ＝ｎｅｗ　ｂｙｔｅ［］｛０ｘｆｆ，ＯｘＯ１，ＯｘＯ１，　Ｏｘ０２｝；　／／通过ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ将发送缓冲区中的内容发送到远程节点　ｕｄｐＣｈｅｎｔ．Ｓｅｎｄ（ｓｅａｒｃｈＤｅｖｉｃｅＣｏｍｍａｎｄ，　ｓｅａｒｃｈＤｅｖｉｃｅＣｏｍｍａｎｄ．Ｌｅｎｇｔｈ，ｉｅｐ）；　３．３．２利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象实现ＵＤＰ通信——数据接收　利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象接收数据的流程如图２所示。　在本机指定端口创建ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象　广———　ｌ　『接收数据『　Ｊ１　分析处理数据　山　图２利用ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象接收数据　ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ对象的Ｒｅｃｅｉｖｅ方法用于在指定的本地ＩＰ　地址和端口上接收远程主机发送的数据报【９】。　ｐｒｉｖａｔｅ　ｂｙｔｅ［］ｒＢｕｆｆｅｒ＝ｎｅｗ　ｂｙｔｅ［２５６］；　／／根据通信协议中响应报文的长度．设置合适大小的接收　缓冲区（接收缓冲区的大小不能小于模块响应报文的最大　长度）　ｐｒｉｖａｔｅ　ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ　ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ；　ｐｒｉｖａｔｅ　ｖｏｉｄ　ＦｒｍＣｏｎｆｉｇ＿Ｌｏａｄ（ｏｂｊｅｃｔ　ｓｅｎｄｅｒ，ＥｖｅｎｔＡｒｇｓ　ｅ）　｛　ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ＝ｎｅｗ　ＵｄｐＣｌｉｅｎｔ（１９０１）；Ｉｌｇ￣Ｊ建接收数据的线程　ｔ＝ｎｅｗ　Ｔｈｒｅａｄ（ｓｔａｒｔＴｈｒｅａｄ）；　／／线程后台运行　ｔ．ＩｓＢａｃｋｇｒｏｕｎｄ＝ｔｒｕｅ：　，／启动线程　ｔ．Ｓｔａｒｔ（）；　｝　／／在接收线程中从远程节点接收数据．对数据进行分析处理　ｐｒｉｖａｔｅ　ｖｏｉｄ　ｓｔａｒｔＴｈｒｅａｄ（）　｛　ｗｈｉｌｅ（ｔｕｒｅ）　｛　ＩＰＥｎｄＰｏｉｎｔ　ｉｅｐＲｅｍｏｔｅ＝ｎｅｗ　ＩＰＥｎｄＰｏｉｎｔ（ＩＰＡｄｄｒｅｓｓ．Ｂｒｏａｄ—　ｃａｓｔ，１９０１）；　ｒＢｕｆｆｅｒ＝ｕｄｐＣｌｉｅｎｔ．Ｒｅｃｅｉｖｅ（ｒｅｆ　ｉｅｐＲｅｍｏｔｅ）；　／／对接收缓冲区中的内容进行分析．针对不同命令予以处理　ｌ　｝　３．４程序调试　程序调试过程中用到了Ｗｉｒｅｓｈａｒｋ工具。Ｗｉｒｅｓｈａｒｋ是　《微型机与应用》２０１５年第３４卷第２２期　一个网络封包分析软件．通过简单的设置就可以撷取网　络封包，并尽可能显示出最为详细的网络封包资料　通　过该软件．可以方便地看到上位机配置软件与串Ｉ＝Ｉ转以　太网模块之间数据包的各种信息。　４结论　采用串口转以太网模块对现有串口嵌入式设备进　行升级联网．只需一根网线将模块与ＰＣ相连．通过该　配置软件就能方便地对模块参数进行设置，操作简单、　实用。本文介绍的通信协议以及ＵＤＰ通信的实现对其　他通信应用具有一定的参考价值。　参考文献　［１］蔡长安，钟锐，王盈瑛．串行通信转网络通信数据模块　的设计【Ｊ】．计算机应用与软件，２０１０，２７（１）：８８—９１．　［２】李毅．嵌入式串口服务器的设计与实现［Ｄ１．北京：北京　交通大学．２０１２．　［３］曾广圣，曾维清，徐冉．一种基于ＡＲＭ的以太网串口服　务器的设计［Ｊ】．科技广场，２０１２，２５（５）：２４８—２５３．　［４］陈政石，秦红波，李铁鹰．基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的串口服务　器设计【Ｊ】．电子技术应用，２００９，３５（１）：９５—９７．　【５］成彬，王冬艳，韩宪生，等．密码算法中的循环移位“异　或”运算实质性研究【Ｊ】．微型机与应用，２０１１，３０（１１）：　７９—８Ｏ．　［６】Ｊｉｎａｎ　ＵＳＲ　ＩＯＴ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｍｕｈｉｆｕｎｅｔｉｏｎａｌ　ｓｅｒｉａｌ　ｔｏ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｍｏｄｕｌｅ　ｕｓｅｒ　ｍａｎｕａｌ［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１２－０７—１８）　［２叭４＿ｏ４—１　６１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｓｒｉｏｔ．ｅｏｍ／Ｄｏｗｎ／Ｅ４５／ＵＳＲ－ＴＣＰ２３２一　Ｅ４５一ＥＮ％２０Ｖ１．３．２．ｐｄｆ．　［７］朱英翔，朱福民，刘炎呜．Ｃ＃下串口通信编程的开发和　扩展【Ｊ］．微型机与应用，２０１４，３３（６）：８９—９１．　［８】周有杰．Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＃．Ｎｅｔ网络核心编程【Ｍ】．北京：清华大　学出版社．２００２．　［９］ＲＯＢＩＮＳＯＮ　Ｓ．Ｃ＃高级编程［Ｍ】．北京：清华大学出版社，　２ｏｏ２．　（收稿日期：２０１５—０７—２８）　作者简介：　孙晓哗（１９８１一），通信作者，女，本科，电子工程师，主要　研究方向：嵌入式系统。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｎｘｉａｏｙｅ２００２＠１６３．ｔｏｍ。　成彬（１９７３一），男，硕士，研究员，主要研究方向：云计算　与大数据。　欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ　７５