1、第 卷第 期年 月光学仪器 ，文章编号 ：（）收稿日期 ：作者简介 ：李慧燕 （），女 ，甘肃民乐人 ，硕士研究生 ，主要从事通信协议方面的研究 。协议的通信处理器模块设计李慧燕，费鹏，沈昱明（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海；上海自动化仪表股份有限公司，上海）摘要 ：为了实现通信处理器模块通信的功能，在实时操作系统和内核的软硬件平台上，通过移植到开发平台提出了一种支持多线程实时应用的嵌入式协议栈的方案。在通讯应用层上，将帧嵌入到帧中，分析研究协议通信结构模型，最终简单可靠地实现了嵌入式通信协议。结果表明，结合通信协议，可通过创建多个线程函数，稳定有效地实现客户端服务器端之间数据的
2、传送。关键词 ：实时操作系统；客户端服务器中图分类号 ： 文献标识码 ： ： ， ， （ ， ， ，； ， ，）： ， ， ， ， ， ： ；引言所谓工业以太网 ，是根据国际标准，设计应用于工业控制系统现场的需要 ，它的特点主要有系统安全性高和数据实时性强等 。近年来 ，工业以太网控制技术和网络协议设计技术快速发展 ，协议设第 期 李慧燕 ，等 ：协议的通信处理器模块设计计也有了突破性的进展 ，工业以太网技术得以迅速发展 。组织是由施耐德公司成立的 ，就是为了专门对协议进行研究和开发的 。在国内 ， 协议已经处于比较成熟的阶段 ，并对其广泛应用 。为了让广泛有效地使用 ，提出了一种支持多线程实
3、时应用的方案 ，即基于的微处理器 ，在实时操作系统和内核的软硬件平台上 ，通过移植协议栈到开发平台并结合协议实现通信处理器模块通信的功能 。 协议模型协议是在标准中 ，应用层采用工业领域事实标准实现的 。经过国际公认 ，端口被专门用于 应用层 ，且其串行总线方式支持各种介质的、接口 ，网络通信模式如图所示 。图 的网络通信模式 图 通信结构 在一个客户端与服务器的以太网协议为基础的网络上 ，报文传输服务提供商的设 备 之 间 可 以 进 行 相 互 的 通 信 ，且 支 持请求 、响应 、指示和证实这种类型的客户端 服务器模式报文 。客户端首先要通过启动事务报文处理 ，并在网络上发送一个请求
4、，服务器端接收到该报文请求 ，产生指示信号 ，当服务器收到该请求时 ，会自动产生一个响应 ，并向客户端发送此响应 ，当客户端接收到信息时 ，也会做出响应的反应 ，即产生证实来确认已经将请求发送完毕 。 的通信系统可以包括不同类型的嵌入式设备 ，例如网络可以通过网桥或交换机与串行链路子网相连 ，且客户端串行链路和服务器端串行链路通过网关连接到 上 ，最终可以相互之间进行通信 ，其通信结构如图所示 。功能组件结构模型主要由四个层次组成 ，由下到上是栈 、管理层 、通信应用层和用户应用程序 。其 中 ，在通 信 的 应 用 层 中 包 含 了客 户 端 、服务器 、客户端接口和服务器接口四个部分 ，
5、是系统的核心所在 。设备可以提供客户端 服务器接口和后台接口 ，而后台接口包括四种数据类型 ：离散输入 、离散输出、寄存器输入 和寄存器输出。客户端完成对用户的远程控制和设备间的交换信息 ，用户发送一个请求到客户端接口 ，然后调用一个等待 ，最后再确认该事务处理 。客户端接口允许用户应用程序生成 ，并通过提供的服务请求接口访问应用对象 。服务器的主要功能是等待接收一个请求来读取和写入 ，然后生成响应 。的后台接口仅仅是一个服务器的应用程序对象之间的接口 。光学仪器 第 卷图 系统硬件开发平台框图 硬件开发平台设计考虑到网络协议软件和实时操作系统与嵌入式工控产品的应用发展需求 ，硬件平台采用了美
6、国公司提供的微控制器和台湾公司推出的一款基于网卡的以太网接口芯片 。硬件开发平台框图如图所示 。是一款主要面向嵌入式应用的高性能位微处理器 ，目前在很多嵌入式设备上已经被大量的使用 ，工作频率为，且集成的片内，支持嵌入式内电路仿真以及调试通信接口 ，不需要外扩就可以满足一般的嵌入式系统的开发 。是一款内部集成有自适应的介质访问控制层 （）和物理层收发器 （）的以太网控制器 ，与快速兼容 。与的接口电路如图所示 。图 与 的接口电路 片外扩展选用，是一个 位的多功能（）器件 ，由特有的高性能技术制造而成 。调试工具是一种国际标准测试协议 ，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真 、调试 ，的接口共
7、有条信号线 ：、分别为测试复位输入信号 、模式选择 、时钟 、数据输入和数据输出线 。为了拓展本通信模块的适用范围 ，还应该具有能够下载配置文件的串口 ，故本通信模块除了以太网和接口外 ，另外还增加了接口 。 嵌入式协议栈的实现考虑到系统的实时可靠性和代码公开的问题 ，采用代码开放的低成本的实时嵌入式操作系统和协议栈，并结合采用协议的应用层来设计该系统的软件结构 ，其软件架构如图所示 。第 期 李慧燕 ，等 ：协议的通信处理器模块设计图 嵌入式 协议栈软件架构 的移植为了使实时操作系统能够在的硬件开发平台上正确地运行 ，因此就要先将操作系统移植到该处理器上 。须知的是 ，在编写与处理器硬件相关
8、的代码时要用汇编语言来完成 ，而操作系统的大部分代码还是要用语言来编写的 。在进行操作系统的移植过程中 ，最主要的是实现与处理器息息相关的代码部分 ，具体的有使用语言编写的头文件、使用汇编程序语言编写的源文件和需要程序语言编写的源文件。 的移植的含义是轻型 （ ）协议栈 ，既可以移植到操作系统上 ，又可以在无操作系统的情况下独立运行 。它是一种源代码开放的协议栈 ，可方便的用于嵌入式系统 ，它的成本较低 ，是用户使用的理想选择 。它尽可能少的减少内存的使用率和缩小代码容量 ，这样就可以让适用于资源有限的小型平台 ，典型的如嵌入式系统 。为了简化处理过程和内存要求 ，对进行了裁减 ，可以不复制一
9、些数据 。在 文件下的等头文件中存放这一些与处理器相关的数据长度和位顺序 ，它们的定义都与移植操作系统时定义的数据参数是相符合的 。通常在语言的结构体中 ，遵循四字节对齐结构 。操作系统模拟层的存在主要是为协议栈的移植提供便利条件 ，具体的移植涉及到的函数主要包括信号量操作函数 、邮箱操作函数 、实现（）函数和实现（）函数这四个部分 。 通信应用层软件设计根据规范提供的参考组件模型 ，采用分层式软件设计方法 。其中 ，在通信应用层软件设计过程中 ，通过创建多个线程函数来实现客户端 服务器之间数据的传送 。通信控制器模块发送定值信号到定值模块卡上的线程函数（）；通过调用（）函数 ，将协议对应地址
10、中 （，）的数据拷贝到要发送的数据缓冲中 ，然后通过译码器选择通道 ，最后调用（）函数 ，通过发送数据到卡上 。通信控制器模块接收来自定值模块卡的定值状态信号的线程函数（）；通过调用（）函数 ，从相应（该芯片通过接口进行序列的发送和接收 ）内存中读取数据数据放入中 ，然后调用（）函数 ，将接收到定值卡卡数据拷贝到协议对应的地址中 。通信控制器模块接收来自调理模块卡的调理信号的线程函数（）；通过调用（）函数 ，从相应内存中读取数据放入缓冲中 ，然后调用（）函数 ，将接收到调理卡卡数据拷贝到协议对应的地址中 。客户端线程函数（）；通过调用（）和服务器建立连接 。连接一旦建立 ，客户和服务器之间就可
11、以通过调用函数（）来进行事务报文的传输 ，然后调用（）读应答报文 ，并根据事务响应情况给用户应用发送证实信息 。最后待数据传输结束以后 ，双方调用函数（）关闭连接 。服务器主线程函数（）；通过调用函数（）创建一个套接字 ，然后调用函数（）将该套接字和本地网络地址绑定在一起 ，再调用函数（）光学仪器 第 卷监听 端口的连接请求 ，最后调用函数（）接收并产生一个新的线程处理连接 ，然后分析（）读取的报头并处理请求 ，等待请求成功或关闭连接 。 结论介绍了在实时嵌入式操作系统和内核的软硬件平台上 ，结合协议实现通信处理器模块信号传输的方法 。将实时操作系统移植到系列的处理器内核上 ，再将嵌入式协议栈
12、移植到该操作系统 ，实现了一种多线程的实时应用协议栈 。在通讯应用层上 ，则在将信息帧嵌入到帧中 ，分析研究协议通信结构模型 ，最终简单可靠地实现了嵌入式客户端 服务器端之间的通信 。参考文献 ：王海 ，张娟 ，朱晓阳 ，等 协议族 版 北京 ：清华大学出版社 ，：王可鹏 基于 通信的实现电脑知识与技术，（）：司马莉萍 ，贺贵明 ，陈明榜 基于 协议的工业控制通信 计算机应用，（）：金青 ，戴胜华 ，欧阳劲松 基于 的工业以太网通信 仪器仪表标准化与计量，（）：宋玉贵 ，康婷颋 基于 的天幕靶信号处理装置的设计与研究 光学仪器，（）：王晓鸣 ，王树新 ，张宏伟 实时操作系统 在 上的移植 机电
13、一体化，（）：阙大顺 ，王近涛 协议在 系统上的移植与实现 舰船电子工程，（）： 协议栈 的设计与实现焦海波，译北京：北京航空航天大学出版社 ，：檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧檧（上接第页）值可以估算出三个干涉图的局部光圈分别为 ：、，这个数值与直接用肉眼判定的局部光圈值基本上吻合 ，这就说明干涉图像的处理结果基本上达到了样机预期的目标 。接下来要做的就是将本样机测量的数据与市场上的干涉仪测得的数据进行对比 ，经行全面的误差分析 ，做适当的改进 ，进一步提高精度 。 结论本系统应用数字图像处理技术 ，通过图像处理软件编程 ，实现了
14、对本实验室研制的球面干涉仪检测信号 （干涉图 ）的自动化处理 ，可以绘出三维波面图以及计算出被检镜片的面型数据值和值 。该算法相比空域相位测量法中的傅里叶变化 （）算法和空间载波相移法 （）算法虽然在精度上略低一筹 ，但算法需要复杂的修正处理 ，而算法需要大量复杂的计算 ，所以文中干涉图像处理算法相对简单 。对目前大多数光学企业来讲 ，市面上现有的干涉仪由于价格昂贵 、操作繁琐 、体积庞大等原因仅仅使用在镜片的终检环节上 ，且不适合大批量的在线检测 。而文中算法需要的设备简单 ，操作方便 ，可以更好地满足镜片加工企业大批量生产时非接触在线面形的检测要求 。参考文献 ：韩振华 ，林健 ，卓金寨 ，等 一种球面在线检测系统及其结构设计 光学仪器，（）：李全臣 干涉图数据处理的一种方法 计量技术，（）：鄢静舟 ，雷凡 ，周必方 ，等 用 多项式进行波面拟合的几种算法 光学 精密工程，（）：龚纯 ，王正林 语言常用算法程序集 北京 ：电子工业出版社 ，： 数字图像处理 邓鲁华 ，张延恒 ，译 北京 ：机械工业出版社 ，：朱昊 ，解波 ，黄振宇 ，等 泰曼 格林干涉仪干涉条纹计算机图像处理试验系统 大学物理，（）：鄢静舟 ，雷凡 ，周必方 ，等 干涉图特征信息自动采集方法 光学技术，（）：张伟 ，刘剑峰 ，龙夫年 ，等 基于 多项式进行波面拟合研究 光学技术，（）：
