传统串口通信LED屏的网络接口改造的制作方法

传统串口通信led屏的网络接口改造
技术领域
1.通讯技术领域。


背景技术：

2.由于以太网通信的流行，目前大多数据采集设备和信息输出设备纷纷改为tcpip包传输的网络设备，使得当前很多正常使用的串口led点阵屏也正面临淘汰，因传统的led屏用串口通过rs232协议通信，通信的距离就10到15米（降低波特率可以适当延长通信距离，但也就20 至 30 米，还得牺牲数据传输的准确率），且速度慢，串口设备多时还要提供额外的串口阵列设备，新的网络通信的led屏传输速度快，可靠，且不存在由于电源共地而引起的噪声干扰和安全隐患。大量的串口led屏丢弃实在可惜，作者提出一套对这种led显示屏切实可用的改造方案，既可以不用对系统软件做修改和调整，还可以继续使用这些性能不错的传统的led屏，只须在led屏上加装一块以太网转串口的电路板，通过umdf虚拟串口驱动，将原来发送到串口的信息转发到以太网，就轻松实现了外围设备的升级改造，为企业赢得了良好的经济效益。。


技术实现要素：

3.原理图见附图1：一、硬件改造，led屏上添加一块以太网转串口的电路板，或直接更换为可接受以太网数据包的控制卡，出于兼容性考虑，我们此次使用的是杨屹的51上网卡，该板cpu为p89c51rd2, p89c51系列单片机是飞利浦公司在兼容mcs-51内核结构的基础上对标准的mcs-51内核进行改进后推出的一个增强型mcs-51单片机系列, 共有1024字节内置ram,64k eeprom，资源非常丰富，再加之电路板外扩了两片cy62256ram芯片，使得ram增加到64k，足以完成ucosii的移植了。该板的网络接口芯片为rtl8019as，兼容ne2000，是由realtek公司出的一款高集成度的以太网控制芯片，具有8/16位总线模式，集成了ieee802.3协议标准的介质访问控制子层(mac)和物理层的性能，内置的双dma通道和fifo完成简单有效的包管理（数据帧的接收和发送）功能，本地dma通道的传输速率高达10mbit/s，支持以太网全双工通信方式，支持utp，aui和bnc自动检测, 支持16 条i/o 基本地址选项和额外i/o地址输入输出完全解码方式，支持存储器瞬时读写，收发可同时达到10mbps的速率，内置16kb的sram，可以方便的与微处理器进行连接。电路原理见附图2、附图3：。
4.51上网卡采用了杨屹的ucos51，是ucos-ii在8051系列单片机上的移植，ucosii由micrium公司提供，是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，它适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片（已经移植到超过100种以上的微处理器应用中），同时，该系统源代码开放、整洁、一致，注释详尽，适合嵌入式系统开发。该板接收tcpip信息包，翻译成对应的串口信号（如若不清楚串口协议，可以使用bushound 软件跟踪），ucos51内部已经集成了对应芯片的tcpip协议，http协议，串口输出则更简单，使用printf输出即可，由于采用ucosii架构，我们推荐使用serial_send函数，该函数考虑了多任务代码的可
重入性。由此编写代码就显得格外轻松了，只需修改框架中的tcpip.c,部分关键代码，相应的代码如下：void tcp_rcve(uchar xdata * inbuf, uint len){
ꢀꢀꢀ
uchar idata i, j, nr;
ꢀꢀꢀ
uint idata result, header_len, data_len;
ꢀꢀꢀ
tcp_header xdata * tcp;
ꢀꢀꢀ
ip_header xdata * ip;
ꢀꢀꢀ
ulong idata sum;
ꢀꢀꢀ
// ip header is always 20 bytes so message starts at index 34
ꢀꢀꢀ
tcp = (tcp_header xdata *)(inbuf 34);
ꢀꢀꢀ
ip = (ip_header xdata *)(inbuf 14);
ꢀꢀꢀꢀ
// compute tcp checksum including 12 byte pseudoheader
ꢀꢀꢀꢀ
// sum source_ipaddr, dest_ipaddr, and entire tcp message
ꢀꢀꢀꢀ
sum = (ulong)cksum(inbuf 26, 8 len);
ꢀꢀꢀꢀ
// add in the rest of pseudoheader which is
ꢀꢀꢀꢀ
// protocol id and tcp segment length
ꢀꢀꢀꢀ
sum = (ulong)0x0006;
ꢀꢀꢀꢀ
sum = (ulong)len;
ꢀꢀꢀꢀ
// in case there was a carry, add it back around
ꢀꢀꢀꢀ
result = (uint)(sum (sum 》》 16));
ꢀꢀꢀꢀ
if (result != 0xffff)
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
if (debug) serial_send("tcp: error, bad cksum\r");
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
return;
ꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
if (debug) serial_send("tcp: msg rcvd with good cksum\r");
ꢀꢀꢀꢀ
// see if message is for http server
ꢀꢀꢀꢀ
if (tcp-》dest_port != http_port)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
if (debug)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
serial_send("tcp: error, msg to port ");
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
memset(text, 0, 10);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
itoa(tcp-》dest_port, text, 10);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
serial_send(text);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
serial_send("\r");
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
tcp_send(flg_rst, 20, no_connection);
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
return;
ꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀ
// capture sender's ip address and port number
ꢀꢀꢀ
sender_ipaddr = ip-》source_ipaddr;
ꢀꢀꢀ
sender_tcpport = tcp-》source_port;
ꢀꢀꢀ
// see if the tcp segment is from someone we are already
ꢀꢀꢀ
// connected to.
ꢀꢀꢀ
for (i=0; i 《 5; i )
ꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
if ((ip-》source_ipaddr == conxn[i].ipaddr) &&
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(tcp-》source_port == conxn[i].port))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
nr = i;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
if (debug) serial_send("tcp: rcvd msg from existing conxn\r");
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
break;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀ
}二、完成了硬件改造后，相应地要调整软件的信息输出。我们使用umdf拟串口驱动把信息输出到以太网：user-mode driver framework（用户模式驱动程序架构，简称umdf），是美国微软公司所提出视窗驱动程序基础（windows driver foundation）的一部分，运行于用户模式（user mode），仅能访问用户地址空间，是核心模式驱动程序框架（kernel-mode driver framework，kmdf）的子集合，因此umdf所提供的函数支持少于kmdf，umdf驱动程序是一个基于com架构的动态链接档（dll），但umdf并不使用com的动态时期运行函数，而使用dllmain，即 dll档的进入点。
[0005]
我们安装的是wdk7.1(wdk8.1大致相同)，完成安装后，只需打开queue.cpp,文件位置如图见附图4：之后修改processwritebytes函数，因为访问led屏并不需要回读。
[0006]
void cmyqueue::processwritebytes(
ꢀꢀꢀꢀ
__in_bcount(length) puchar characters,
ꢀꢀꢀꢀ
__in size_t length
ꢀꢀꢀꢀ
){
ꢀꢀꢀꢀ
uchar currentcharacter;
ꢀꢀꢀꢀ
uchar connectstring[] = "\r\nconnect\r\n";
ꢀꢀꢀꢀ
uchar connectstringcch = array_size(connectstring)
ꢀ‑ꢀ
1;
ꢀꢀꢀꢀ
uchar okstring[] = "\r\nok\r\n";
ꢀꢀꢀꢀ
uchar okstringcch = array_size(okstring)
ꢀ‑ꢀ
1;
ꢀꢀꢀꢀ
ushort i,j;
ꢀꢀꢀꢀ
ushort pos;
ꢀꢀꢀꢀ
for (i=0;i《length;i )
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
combuffer_recv[i] = characters[i];
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
if(length《0x21)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
for(i=(ushort)length;i《0x21;i ) combuffer_recv[i]=0x20;
ꢀꢀꢀꢀ
for(i=0;i《0x10;i )
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
led1[i]=combuffer_recv[1 i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
led2[i]=combuffer_recv[0x11 i];
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
for(i=0;i《93;i ) ledmess[i]=mled[i];
ꢀꢀꢀꢀ
pos=58;
ꢀꢀꢀꢀ
for(i=0;i《16;i )
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmess[pos i]=led1[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmess[pos 16 i]=led2[i];
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
crcvalue=calccrc(ledmess 8,82);
ꢀꢀꢀꢀ
ledmess[90]=lobyte(crcvalue);
ꢀꢀꢀꢀ
ledmess[91]=hibyte( crcvalue);
ꢀꢀꢀꢀ
for(i=0,j=0;i《58;i ,j )
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
for(i=58,j=58;i《90;i ,j )
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
switch(ledmess[i])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
case 0x5a:
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=0x5b;//ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 1]=0x02;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
j ;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
break;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
case 0x5b:
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=0x5b;//ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 1]=0x01;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
j ;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
break;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
case 0xa5:
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=0xa6;//ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 1]=0x02;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
j ;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
break;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
case 0xa6:
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=0xa6;//ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 1]=0x01;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
j ;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
break;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
default:
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j]=ledmess[i];
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
ledmessoutlen=j 3;
ꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 0]=ledmess[90];
ꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 1]=ledmess[91];
ꢀꢀꢀꢀ
ledmessout[j 2]=ledmess[92];
ꢀꢀꢀꢀ
wversionrequested=makeword(2,0);
ꢀꢀꢀꢀ
err=wsastartup(wversionrequested,&wsadata);
ꢀꢀꢀꢀ
if(0!=err)
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
return;
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
if(lobyte(wsadata.wversion)!=2||hibyte(wsadata.wversion)!=0)
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
wsacleanup();
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
return;
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
sock=socket(af_inet,sock_dgram,0);
ꢀꢀꢀꢀ
bool opt=true;setsockopt(sock,sol_socket,so_broadcast,reinterpret_cast《char far *》(&opt),sizeof(opt));
ꢀꢀꢀꢀ
sockaddr_in addrto;
ꢀꢀꢀꢀ
memset(&addrto,0,sizeof(addrto));
ꢀꢀꢀꢀ
addrto.sin_family=af_inet;
ꢀꢀꢀꢀ
addrto.sin_addr.s_addr=inet_addr(my_ip);
ꢀꢀꢀꢀ
addrto.sin_port=htons(5007);
ꢀꢀꢀꢀ
int nlen =sizeof(addrto);
ꢀꢀꢀꢀ
unsigned int uindex=1;
ꢀꢀꢀꢀ
uindex=uindex;
ꢀꢀꢀꢀ
if(sendto(sock,(char )ledmessout,ledmessoutlen,0,(sockaddr*)&addrto,nlen)==socket_error)
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
if(!closesocket(sock))
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
if(!wsacleanup())
ꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀ
while (length != 0) {
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
currentcharacter = *(characters );
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
length
‑‑
;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
if(currentcharacter == '\0')
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
{
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
continue;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
m_ringbuffer.write(&currentcharacter, sizeof(currentcharacter));修改完毕后，使用开始菜单windows driver kits/wdk 7600.16385.1/build enviroment/windows7子菜单下x86 checked build environment 选项，进入dos编译环境，选择驱动所在目录，运行build
ꢀ–
icz,完成驱动程序编译，如果代码无错误，会在当前文件夹下生成objchk_wxp_x86/386目录，里面有相应的dll 用户驱动文件和inf 驱动安装文件。安装驱动时，拷贝wudfupdate_01009.dll 和 virtualserial.inf到windows\system32\drivers\umdf文件夹下，运行devcon install virtualserial.inf umdf\virtualserial（升级时则是devcon update virtualserial.inf umdf\virtualserial），系统就会自动安装对应的虚拟串口驱动，运行几次就生成几个虚拟串口，如果有多个功能相同的虚拟串口，windows\system32\drivers\umdf文件夹下可以提供配置文件加以区分，当软件读写这些虚拟串口时，数据将发往由配置文件指定的tcpip端口。
[0007]
这种方法实际应用起来，不仅开发周期短，使用效果也很好。之后如系统软件升级，也非常的方便。
[0008]
结论：这种方法其实不仅可用于升级改造串口led屏，诸如其他的串口设备，甚至其他接口的硬件设备，都可以用类似的方法改造，使我们可以方便的调整计算机的外围设备，由于可以定制驱动程序，主体程序不修改也可以，这大大缩短了升级改造的时间，为企业赢取了效益。需要注意的是ucos ii以源代码的形式发布，是开源软件, 但并不意味着它是免费软件。但是如果你将其用于商业用途，那么你必须通过micrium获得商用许可，下一步要考虑更换成另一免费的嵌入式系统（如freertos、rtx51 lwip）。附图说明：
[0009]
附图1为系统实现原理图；附图2、附图3为低成本串口转以太网电路板原理图；附图4为驱动程序所在的位置。