在商用串口转以太网桥应用中,FreeRTOS开源软件提供了足够的功能。它处理信号、多路复用、中断、RAM管理、抢占式任务、栈空间和任务优先级等工作。FreeRTOS得到广泛支持,这款嵌入式微控制器业界的知名软件已在至少19种架构中得到应用。代码精炼是其一个关键优势。

所选的开源TCP/IP协议栈处理所有以太网事务。因其平衡了功能性和低RAM /闪存需求,所以在串口转以太网桥应用中受到极力推荐。在编译时,LwIP占用12.15kb的RAM来启动串口桥所需的所有TCP/IP服务。

在运行时,堆栈分配并释放一些缓冲区,并从堆栈中获取所需的RAM。它使用非常有限的一组网络缓冲区发送和接收来自应用更高层的信息。支持的协议包括TCP/IP、ICMP、UDP、专门的RAW API(用于该串口桥)、可选的插孔API、DHCP、PPP以及ARP等。

32位微控制器MCF51CN128包含128kb闪存和24kb SRAM。其片上存储器足够运行串口转以太网桥应用以及操作系统和以太网栈。

MCF51CN128工作在50MHz最高频率提供所需功能。它集成了一个快速以太网控制器(FEC)和诸如UART(SCI)、SPI和I2C等串行接口。其余的通用I/O(GPIO)引脚支持驱动面向状态验证的LED等其它工作。该芯片适合这一应用并具有低BOM成本。

串口转以太网桥实现

为简单的串口转以太网桥研制了一个参考设计作为交钥匙方案,它具有Web服务器、FTP服务、电子邮件客户端、SD-CARD支持及其它吸引人的特性。为简化设计并能最大限度地在不同产品设计中复用该设计布局,可将该系统分为两个主要硬件模块:最小系统和演示系统(图2)。

基于RS-232串行接口的串口转以太网桥设计

最小系统包括实现以太网功能所需的所有硬件。这个最小的硬件模块只有1.15×1.55英寸大。通过提供一个未稳压的3.7到5.5V电源,这款以太网功能的最小实现不再需要其它器件。

演示系统则带有uSD卡插座、按钮和LED等其它功能。顶层和底层分别可见用于隔离这两个系统的零欧姆电阻(图3)。断开零欧姆电阻就把演示系统和最小系统隔离开来。

基于RS-232串行接口的串口转以太网桥设计

对于这个具体实现来说,以太网接口通过以太网电缆中两对空闲电缆对参考设计板供电。请注意,这不是以太网供电(PoE)标准。UART引脚(+5.5 V)、电源插座连接器以及经过稳压的3.3V电源接口也可供电并支持特定的系统功能(图2)。利用PCB上的削切线(cut-trace)可实现所有这些选项。