Internet的快速开展和成功促进了以太网(Ethernet)技能的开展和运用的扩展，所触及的范畴非常广泛，如传统的工业操控、信息家电、智能家居、安全监控、楼宇主动化、医疗、环境监测等。大多数的数据收集设备的通讯接口契合UART 通讯规范。这种通讯办法的数据传输半径非常有限，并不能满意远距离传输的需求，而且不能接入Internet.因而数据的交互接入Internet 就显得非常重要了。
1 体系的总体计划及各首要模块规划
体系以Microsemi(Actel)公司的依据FLASH 架构的SoC FPGA 产品SmartFusion2器材为中心[1].体系经过Fabric架构完成多路UART对外相应数据进行收集，进行并/串转化写入Fabric 的双端口RAM.SmartFu-
sion2的ARM Cortex-M3子体系经过AHB/APB总线矩阵以AHB/APB 办法拜访Fabric 的RAM,将得到的数据经过Ethernet以网页的办法在PC上显现。反之，以相同的途径将主控的指令传输到外部的终端设备。PC机端以网页办法完成数据交互。网页存放于SmartFusion2 内部FLASH,内核Cortex-M3 依据实时操作体系(FreeR-
TOS)办理使命，IP 选用静态办法，内核Cortex-M3 与Fabric选用AHB办法通讯[2-3].体系规划结构框图如图1所示。
体系硬件的规划可分为三个首要模块，分别为PHY 物理层模块，SoC 的Cortex-M3 内核及FPGA 体系，UART模块的数据收集体系。
1.1 PHY模块
PHY 即物理层(Physical Layer)。物理层协议可界说电气信号规范、连线的状况、时钟信号的要求、数据编码的格局和数据传输所用的衔接器等。物理层经过一个界说好的接口与数据链路层进行通讯。比方MAC 能够运用规范的介质无关性接口( MII接口)与PHY进行数据交流通讯。PHY还有个重要的功用便是完成以太网的CSMA/CD 部分功用，这是硬件上完成的。它能够检测到网络链路上是否有数据正在传送，假如有数据在传送中则进行等候，当检测到网络闲暇，就再等候必定的时刻(不同的PHY会有不同)后对数据进行传送。假使两块网卡碰巧是一起发送数据，这将形成抵触，这时PHY 内部的抵触检测结构能够检测到抵触的产生，然后两头各自等候必定的时刻进行重发数据。
PHY 的电路图衔接图如图2 所示。KSZ8051 选用MII与SmartFusion2相连，因为MII兼容RMII接口，因而程序也可装备为RMII形式。Management选用2个引脚衔接，分别为MDC 和MDIO,MII 的时钟由PHYKSZ8051 供给，KSZ8051 的时钟来自外部25 MHz 晶振。媒体衔接选用RJ 45,兼容10 Mb/s和100 Mb/s.
1.2 SoC中的Cortex-M3模块
体系运用Cortex-M3 中的MAC 模块，如图3 所示。
经过AHB操控Ethernet MAC模块，关于MAC的装备是运用其内部的寄存器，能够装备不同的接口形式，不同的速度。本体系装备为MII接口，100 Mb/s速度。
MAC(Media Access Control,媒体拜访操控子层协议)，首要担任操控和衔接物理层。在发送数据的时分，MAC 协议能够事前判别现在是否能够发送数据，假如能够发送则将给数据加上一些操控信息，最终将数据及顺便的操控信息以规则的格局发送到物理层;在接纳数据的时分，MAC 协议首要判别输入的信息是否产生传输过错，假如没有过错，则去掉操控信息发送至逻辑链路层(LLC)层。以太网MAC 协议由IEEE 802.3以太网规范界说。
PHY 与MAC 的接口办法有多种，如：
MII,RMII,SMII,SSMII,GMII,SGMII,TBI等。现在常见的PHY都供给规范的MII接口，RMII信号是对PHY内部的MII的信号进行编码和解码，这便是说支撑MII接口的PHY 内部都含有RMII 信号，也便是支撑RMII接口。详细运用何种接口的PHY则有必要依据MAC 芯片对应的功用和接口的规范来决议。
选用FreeRTOS 实时操作体系办理整个体系的运转。FreeRTOS运用Cortex-M3内核的守时器以10 ms时刻片进行使命的调度和切换。创立WebServer进程和网页进行通讯，网页修改言语HTML 是不需求编译的，因而将需求显现的数据悉数发送给网页。这些数据存储在FLASH中，现在测验是存储在片内FLASH,网页发来的操控数据进行实时的处理。网页的数据需求用LwIP协议栈进行打包，LwIP 协议栈是把一切的协议封装到一个单一的进程(进程)中，然后与操作体系内核分隔。运用程序或许也驻留在LwIP 处理进程中，或许在独自的进程中。TCP/IP栈和运用程序之间的通讯能够经过函数调用完成，也能够经过更为笼统的API[4-5].本规划的运用层运用常用的IPv4 协议，DHCP和静态IP 都进行测验，传输层和网络层运用TCP/IP.
打包之后的需求介质层MAC 进行处理，此MAC 为Cor-
tex-M3 内核自带的，支撑多种MAC 接口，本规划选用MII接口，所选用的PHY芯片也是MII接口，选用Micrel公司的KSZ8051,支撑MII、RMII 接口，10 Mb/s 和100Mb/s传输速度，规划时选用100 Mb/s传输。
网页的数据需求实时更新，规划网页每隔500 ms发一次更新的指令，Cortex- M3再将更新的数据发送给网页。而这些数据来自APB3上，Cortex-M3经过F%&&&&&%_0和APB3 进行双向通讯，然后发送和接纳数据。FPGA中Fabric 和APB3 进行双向通讯，数据存储在双端口SRAM 中，多路UART 和SRAM 进行双向通讯。SRAM在体系起缓存的效果，用来处理两头读写速度的不同。
而关于UART的数据也界说了协议，这些协议是区别数据的格局和内容。关于UART的个数能够进行添加，体系UART的同步运用FPGA硬件完成，不受个数的约束。
1.3 FPGA的UART模块
本体系的首要功用是UART数据的收集与交互，运用网页进行人机交流，完成数据的实时更新和操控，而且把采样点的采样时刻也传输曩昔，运用户知道数据的详细时刻，便于今后的检查。
在本规划中需求在SmartFusion2片内的FPGA部分规划多路串口数据收集与存储的操控器，完成对终端的多路串口数据进行收集。运用的多路串口数据收集办法是在SmartFusion2片内的FPGA中规划一个UART操控器去收集多路数据[6].操控器并不完成串转并操控，而是实时监测多路串口数据状况，并将多路串行数据实时切换送入RAM操控器，串行的数据经过RAM操控器串行的进入RAM中去。如图4所示。
当多路串口中任何一路，任何时分到来数据的时分，UART 操控器都能感知这次串行数据，并注册相应的信道，将某一路的串口数据送到RAM 操控器。然后RAM 操控器将该信道的串行数据写入RAM 中。这样就能够完成对多路串口数据的收集作业。
在该计划中，需求在SmartFusion2 片上的FPGA 内规划一个UART操控器作为查询机制中的主机，各个终端串口作为从机，供给串口数据。主时机守时的在SEL总线上宣布从机的片选信号，用于选通从机设备。当从机被选中之后，从机自己会做出判别，假如该从机有数据需求发送，则该从机立刻将串行的数据宣布。假如从机没有数据需求发送，则从机对该挑选信号SEL不做任何反响，守时时刻到，主时机主动的去选通下一路从机，从机作业原理与之相似。这样的做法相同能够完成对多路串口数据的收集作业。
2 体系软件规划
本规划选用FreeRTOS操作体系，经过创立Web-
Server进程完成数据的交互。在初始化完成后，履行WebServer进程，WebServer进程发送网页的数据、更新网页的数据、得到收集的数据。而关于以太网的协议则运用LwIP协议栈完成。关于硬件层则运用Cor-
tex-M3内部的MAC和外部的PHY进行传输。完成物理层的传输[7].因而本规划的思路是发送接纳数据给网页和接纳发送APB3上对应的地址的数据。将UART的数据格局和网页HTTP数据格局交换。
软件规划框图如图5 所示，WebServer 进程和网页进行通讯，通讯的协议选用LwIP 协议，关于LwIP 协议运用其间的IPv4运用层，运用TCP/IP 传输，DHCP 动态获取IP,数据链路层运用内部的MAC,选用100 Mb/s的MII接口和PHY通讯，PHY在物理层上和PC机通讯[8].
选用主动衔接的办法与以太网相连，关于HTTP数据选用监听的办法，有HTTP 数据则履行相应的操作。在网页上显现实时的日期和时刻，这个日期和时刻不是来自PC机的，而是来自SmartFusion2的，能够到达显现数据的采样时刻，便利用户检查和保存带有时刻的数据。
以太网的初始化首要是MAC的初始化，将MAC初始化为MII接口，半字节，100 Mb/s形式。MAC 初始化后便是关于协议的挑选，本体系挑选TCP/IP协议，经过tcpip_input调用初始化网络的装备。关于网络的装备，首要是MAC地址、IP地址、网关、子网掩码的装备(假如为DHCP则只要MAC地址有用)，能够装备为静态IP和DHCP 两种形式。静态IP 运用netif_set_up函数，DHCP运用dhcp_star函数来开端。
WebServer是体系的主使命，担任网页和APB3上数据的交互。首要是运用netconn_bind 函数新建一个80端口(HTTP)的网络，建立好后就一向处于监听状况的netconn_listen函数。
有网络衔接时则发送相应的数据。假如有网页翻开数据的恳求，则开端发送网页的数据头和主界面的数据，一起将网页的运转的程序也发送曩昔，这样内核就能够便利和网页进行通讯。
关于网页的改写和数据恳求指令都是现已发送给网页了，假如有网页的改写恳求则将更新的检测数据和日期时刻数据发送给网页。有点击操控指令，处理器则立刻呼应，将操控指令转化并发送给APB3,也就发送给了UART.当然，这里边一切的数据都是加了相应的通讯协议。
如发
