基于以太网的串行控制台接口及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于以太网的串行控制台接口及其应用方法，所述串行控制台接口包括：与目标系统网络调试接口连接的MCU网络控制逻辑单元、通过串口复用器与目标系统的多个串行调试接口连接的串行控制台逻辑单元、通过以太网物理层与PC端控制台连接的PC侧网络控制逻辑单元。本发明专利技术提供的串行控制台接口基于以太网实现但对网络协议透明，占用硬件资源开销非常小，底层编解码由纯硬件实现，可同时多个设备的多个串行输出，并保留原有网络调试端口，使用简单方便，具有良好的应用前景。

Serial Console Interface Based on Ethernet and Its Application Method

The invention discloses a serial console interface based on Ethernet and its application method. The serial console interface includes MCU network control logic unit connected with network debugging interface of target system, serial console logic unit connected with multiple serial debugging interfaces of target system through serial port multiplexer, PC side connected with PC terminal console through Ethernet physical layer. Network control logic unit. The serial console interface provided by the invention is based on ethernet, but transparent to network protocol, occupies very little hardware resources, and the underlying coding and decoding are implemented by pure hardware. It can simultaneously output multiple serial devices, and retain the original network debugging port. It is simple and convenient to use and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于以太网的串行控制台接口及其应用方法
本专利技术涉及以太网通信
，尤其涉及一种基于以太网的串行控制台接口及其应用方法。
技术介绍
随着微处理器技术的发展，嵌入式系统的应用越来越广泛，而作为一种专用的计算机系统，嵌入式系统更多时候是作为装置或设备的一部分，虽然有些系统含有操作系统，但大部分系统都是由单个程序控制整个逻辑。受到体积、功耗、存储、成本等限制，导致大多数嵌入式应用系统不可能像通用计算机系统那样包含复杂的调试分析手段，导致这些应用在调试开发和运行维护的手段受到限制。串行控制台由于开销小和成本低廉且不依赖操作系统被设计进大多数目标系统，也非常适合嵌入系统启动前期或无操作系统场合使用，然而串行口作为有源器件且大部分场合缺乏电气隔离存在安全隐患，况且现在的便携式计算机不再提供内置的串行接口，导致工程应用极不方便。相比之下，以太网有较高的带宽，可以用来传输大量的数据或文件也具有非常多的应用工具，网络调试越来越受青睐，然而大部分的网络应用工具是基于TCP/IP协议的，也就意味着在操作系统未运行之前这些应用不可用。如今，复杂的嵌入式装置往往由多个相互配合的处理器核心配合完成，从设计开发和诊断的角度看，也应该为每个特定的核心都提供一个串行控制台接口。基于网络和串行控制台的各自优点，如果能够经过网络同时提供两种接口，对系统运行诊断会大有益处。目前，串行控制台接口提供主要有以下两种应用方法：(1)基于以太网接入电脑，利用操作系统Telnet、SSH等控制台软件模拟传统串行控制台操作；(2)基于传统串行控制器通过RS232接口，直接连接或经转换器(如USB转串口)接入电脑；上述两种方案在一定程度上实现了串行控制台接口的应用，但存在不同的缺陷，具体如下：(1)要求目标系统必须具备允许TCP/IP协议栈，且能够运行Telnet或SSH服务端等应用，此外在系统引导或内核异常或协议栈异常时无法和客户端交互；(2)虽需计算机具备内置串行接口或要外配RS232串口转换设备，且串行口和目标系统间电气不隔离，存在安全隐患，系统具有串行调试接口时相当麻烦；而且上述两种方案也无法经网口同时提供串行控制台。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于以太网的串行控制台接口及其应用方法，在保存原有网络调试端口的前提下，可同时实现多个设备的多个串行调试、硬件资源占用少、网络协议透明。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：基于以太网的串行控制台接口，包括：与目标系统网络调试接口连接的MCU网络控制逻辑单元、通过串口复用器与目标系统的多个串行调试口连接的串行控制台逻辑单元、通过以太网物理层与PC端控制台连接的PC侧网络控制逻辑单元；用户通过PC端控制台选定目标系统中特定串行调试接口，PC侧网络控制逻辑单元调度MCU网络控制逻辑单元输出的网络报文和串行控制台逻辑单元输出的网络报文，并通过以太网物理层转发至PC端控制台软件进行目标系统相关信息输出展示；PC端控制台软件将包含校验信息的数据帧通过PC侧网络控制逻辑单元发送至目标系统串行控制台逻辑单元，串行控制台逻辑单元从校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息并发送至相应目标系统。进一步的，所述串行控制台逻辑单元包括：串口复用器：用于向目标系统提供多路串行收发信号，通过控制字选择连接目标系统特定的串行信号组到串行控制器；串行控制器：连接于串口复用器和串行-网络帧控制器之间，用于完成标准Uart控制器的串行编解码；串行-网络帧控制器：用于将串行控制器输出的数据封装成完整的以太网帧并转发至PC侧网络控制逻辑单元；同时从PC侧网络控制逻辑单元返回的校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息并转发至串行控制器。进一步的，所述串行控制台逻辑单元还包括MCU总线接口，通过MCU配置串行控制台逻辑单元中的Uart控制器的波特率、串行控制台识别码、MAC地址、UDP/IP头部信息。进一步的，所述MCU网络控制逻辑单元包括：MCU侧以太网直通转发逻辑单元：用于将来自PC侧以太网物理层的网络报文转发至MCU侧网络发送端；MCU侧以太网接收逻辑单元：用于接收并缓冲来自MCU侧的网络报文，并将接收到的网络报文发送至PC侧网络控制逻辑单元的发送队列等待调度发送。进一步的，所述串行-网络帧控制器包括：以太网发送帧组装器：将串行控制器输出的数据添加串行控制台应用头部信息和串行控制台应用头部校验和、UDP/IP头部信息及UDP/IP头部校验和，并封装成一个完整的以太网帧；以太网接收帧分解器：用于接收PC侧网络控制逻辑单元输出的网络报文，对UDP/IP头部信息、串行控制台应用头部信息进行识别并进行头部校验，在校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息并转发到串行控制器的接收端。进一步的，所述PC侧网络控制逻辑单元包括：PC侧以太网发送逻辑单元：用于调度并发送MCU网络控制逻辑单元输出的网络报文和串行控制台逻辑单元输出的网络报文，同时负责发送报文的底层帧校验添加；PC侧以太网接收逻辑单元：用于将PC端控制台软件返回的包含校验信息的数据帧传送到串行控制台逻辑单元，同时负责接收帧的底层帧校验。本专利技术还提供了一种基于以太网的串行控制台接口的应用方法，所述方法包括如下步骤：构建硬件电路：将目标系统的多个串行调试接口通过串口复用器接入串行控制器，串行控制器通过串行-网络帧控制器接入PC侧网络控制逻辑单元；将目标系统的网络调试接口通过MCU网络控制逻辑单元接入PC侧网络控制逻辑单元；将PC侧网络控制逻辑单元通过以太网物理层接口接入PC端控制台；功能配置：配置串口复用器：用于向目标系统提供多路串行收发信号，通过控制字选择连接目标系统特定的串行信号组到串行控制器；配置串行控制器：用于完成特定速率的标准Uart控制器的串行编解码；配置串行-网络帧控制器：用于将串行控制器输出的数据封装成完整的以太网帧并转发至PC侧网络控制逻辑单元；同时从PC侧网络控制逻辑单元返回的校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息并转发至串行控制器；配置MCU网络控制逻辑单元：用于转发、接收并缓冲来自MCU侧的网络报文，并将接收到的网络报文发送至PC侧网络控制逻辑单元的发送队列等待调度发送；配置PC侧网络控制逻辑单元：用于调度并发送MCU网络控制逻辑单元输出的网络报文和串行控制台逻辑单元输出的网络报文；并将PC端控制台软件返回的包含校验信息的数据帧传送到串行控制台逻辑单元。进一步的，配置串行-网络帧控制器包括：配置以太网发送帧组装器：将串行控制器输出的数据添加串行控制台应用头部信息和串行控制台应用头部校验和、UDP/IP头部信息及UDP/IP头部校验和，并封装成一个完整的以太网帧；配置以太网接收帧分解器：用于接收PC侧网络控制逻辑单元输出的底层校验正确的网络报文，对UDP/IP头部信息、串行控制台应用头部信息进行识别并进行头部校验，在校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息转发到串行控制器的接收端。进一步的，配置以太网发送帧组装器还包括配置以太网发送帧组装器采用定时扫描和正文长度限制两种方法控制发往PC侧网络数据流量。进一步的，配置PC侧网络控制逻辑单元还包括：配置PC侧网络控制逻辑单元采用公平调度的策略轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于以太网的串行控制台接口，其特征在于包括：与目标系统网络调试接口连接的MCU网络控制逻辑单元、通过串口复用器与目标系统的多个串行调试接口连接的串行控制台逻辑单元、通过以太网物理层与PC端控制台连接的PC侧网络控制逻辑单元；用户通过PC端控制台选定目标系统中的特定串行调试接口，PC侧网络控制逻辑单元调度MCU网络控制逻辑单元输出的网络报文和串行控制台逻辑单元输出的网络报文，并通过以太网物理层转发至PC端控制台软件进行目标系统相关信息输出展示；PC端控制台软件将包含校验信息的数据帧通过PC侧网络控制逻辑单元发送至目标系统的串行控制台逻辑单元，串行控制台逻辑单元从校验通过的数据帧中提取PC端控制台输入信息并发送至相应目标系统的串行调试接口。

【技术特征摘要】
1.基于以太网的串行控制台接口，其特征在于包括：与目标系统网络调试接口连接的MCU网络控制逻辑单元、通过串口复用器与目标系统的多个串行调试接口连接的串行控制台逻辑单元、通过以太网物理层与PC端控制台连接的PC侧网络控制逻辑单元；用户通过PC端控制台选定目标系统中的特定串行调试接口，PC侧网络控制逻辑单元调度MCU网络控制逻辑单元输出的网络报文和串行控制台逻辑单元输出的网络报文，并通过以太网物理层转发至PC端控制台软件进行目标系统相关信息输出展示；PC端控制台软件将包含校验信息的数据帧通过PC侧网络控制逻辑单元发送至目标系统的串行控制台逻辑单元，串行控制台逻辑单元从校验通过的数据帧中提取PC端控制台输入信息并发送至相应目标系统的串行调试接口。2.根据权利要求1所述的基于以太网的串行控制台接口，其特征在于：所述串行控制台逻辑单元包括：串口复用器：用于向目标系统提供多路串行收发信号，通过控制字选择连接目标系统特定的串行信号组到串行控制器；串行控制器：连接于串口复用器和串行-网络帧控制器之间，用于完成标准Uart控制器的串行编解码；串行-网络帧控制器：用于将串行控制器输出的数据封装成完整的以太网帧并转发至PC侧网络控制逻辑单元；同时从PC侧网络控制逻辑单元返回的数据帧中提取PC端控制台软件输入信息并转发至串行控制器。3.根据权利要求2所述的基于以太网的串行控制台接口，其特征在于：所述串行控制台逻辑单元还包括MCU总线接口，通过MCU配置串行控制台逻辑单元中的Uart控制器的波特率、串行控制台识别码、MAC地址、UDP/IP头部信息。4.根据权利要求1所述的基于以太网的串行控制台接口，其特征在于：所述MCU网络控制逻辑单元包括：MCU侧以太网直通转发逻辑单元：用于将来自PC侧网络物理层的网络报文转发至MCU侧网络发送端；MCU侧以太网接收逻辑单元：用于接收并缓冲来自MCU侧的网络报文，并将接收到的网络报文发送至PC侧网络控制逻辑单元的发送队列等待调度发送。5.根据权利要求1所述的基于以太网的串行控制台接口，其特征在于：所述串行-网络帧控制器包括：以太网发送帧组装器：将串行控制器输出的数据添加串行控制台应用头部信息和串行控制台应用头部校验和、UDP/IP头部信息及UDP/IP头部校验和，并封装成一个完整的以太网帧；以太网接收帧分解器：用于接收PC侧网络控制逻辑单元输出的网络报文，对UDP/IP头部信息、串行控制台应用头部信息进行识别并进行头部校验，在校验通过的数据帧中提取PC端控制台软件的输入信息并转发到串行控制器的接收端。6.根据权利要求1所述的基于以太网的串行控制台接口，其特征在于：所述PC侧网络控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞吉耀，
申请(专利权)人：南京磐能电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32