基于Linux操作系统和AT91RM9200处理器实现接口转换卡的设计
接口总线为一群互相连接的设备提供一种有效的通信方式，它是自动测试系统发展的标志，可以说接口总线技术发展的历史就是自动测试系统发展史，接口总线技术发展的水平标志着自动测试发展的水平。本文提出的接口转换方案解决了包括usb总线、gpib总线、网络等几种通用标准接口之间的相互转换。本方案以嵌入式linux操作系统和arm处理器为软硬件平台，在自动测试系统的应用中取得了良好的应用效果。
硬件系统设计
硬件平台基于arm920t的处理器at91rm9200，该处理器不仅有丰富的片上资源和标准接口，而且有低功耗、低成本、高性能、支持多种主要的嵌入式操作系统等特点，其采用5级整数流水线结构，性能高达200mips，具有标准的armv4存储器管理单元（mmu），内部集成两个usb2.0全速（12mb/s）主机端口、一个usb2.0全速（12mb/s）器件端口和10/100 base-t型以太网接口。该芯片具有多种工作模式，其低功耗待机模式下电流仅3.1ma。
此方案的硬件系统结构设计如图1所示，主要包括at91rm9200处理器、gpib模块、jtag接口、网络模块、32m sdram、16m flash、串口、usb主从口等部分。其中gpib模块通过cpld器件epm1270逻辑控制gpib接口芯片nat9914实现，网络模块通过外接dm9161实现10/100m自适应网络连接。另外，处理器内置的双主机收发器可连接usb设备。
软件系统设计
linux系统的移植
linux操作系统是可以运行在不同类型计算机上的一种操作系统的“内核”，它提供命令行或者程序与计算机硬件之间接口的软件核心部分。嵌入式linux系统从软件角度分为4个层次，分别为引导加载程序（boot loader）、内核、文件系统和用户程序。
boot loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
本方案中linux内核采用linux2.6.16版的kernel。因为本方案需要访问u盘，所以内核中必须加上支持u盘的模块，包括scsi support、scsi disk support、usb mass storage support、vfat（windows95）support、msdos partition tables等。usb器件端口与usb主机通信，可以有三种方式：一些功能最完备结构也最复杂的设备，采用用户定制的内核模块实现在标准usb总线上运行复杂的高级协议，由usb主机上相应的用户驱动程序和应用程序来完成连接；另一些基于linux系统的usb设备则利用usb总线来实现该设备与主机之间的简单点对点串行连接，主机上的应用程序实际上是利用了主操作系统所提供的usb编程接口，但实现的是串行通信协议；最后一种是设备将主计算机作为网关，将usb设备连接到办公局域网或互联网上，从而usb设备构成了一个模拟以太网接口。本方案采用最后一种方式，配置了内核中的usb rndis gadget模块，该模块利用usb接口作为物理媒介，模拟出一个虚构的以太网设备。
文件系统是用户模式进程与内核模式进程交互的纽带，制作具有特定的功能的文件系统是移植嵌入式系统不可缺少的部分。本方案利用busybox软件工具包构造ext2文件系统，此软件包集成了linux常用命令，可根据需求裁减，极大的方便了嵌入式系统的开发。［page］
应用程序的具体实现
数据在多个接口之间的转换主要是在用户态的应用程序中实现。此应用程序主要完成的功能是两个usb主口（一个接usb仪器，一个接u盘）、一个usb从口、gpib口和网口之间的数据交换。程序自动检测接口是否处于连接状态：如果是，便监听是否有数据需要传送，并将监听到的数据传给其他处于连接状态的接口。整个应用程序的框架如图2所示。
各个子进程的功能如下：
子进程1：usb从口的实现主要依靠内核中的usb rndis gadget模块的支持，当usb从口连接至pc时，在pc上模拟以太网接口，用tcp/ip网络协议传输数据；
子进程2：usb主口1专用于usb设备的usb端口；
子进程3：usb主口2专用于u盘，将u盘实际连接，当有数据传给u盘时，便在linux操作系统上挂载u盘，并以二进制方式将数据存储到u盘的linux.txt文件中，15s内没有数据传输就会卸载u盘；
子进程4：网口是以tcp/ip网络协议传输数据。子进程1和子进程4分别实现了网络服务器功能；
子进程5：在linux操作系统中为gpib口准备一个中断例程，当gpib口有动作时，会首先产生一个中断，应用程序立即跳转中断处理执行程序相关操作。
由于接口总线协议的解析都在linux驱动中完成，所以子进程间的数据传输直接代表了接口总线的通信。子进程创建了自己专用的管道fifo，以完成进程间的数据交换。
每个子进程都有一个主线程，完成端口的连接状态检测，主线程的流程图如图3所示。端口输出数据的处理主要由线程readfifo完成，它读取该进程的专用管道fifo的数据，如果从fifo中读到了数据，并且该端口连接标志位flag为1（表示该端口处于连接状态），便将此数据填入该端口的输出缓冲区，否则将读到的数据舍去。端口输入数据的处理由另一个线程完成，如果该端口处于连接状态，主线程就会创建该子线程实时读取该端口的输入数据，并将数据通过专用管道传给其他进程。
在整个应用程序中，各个端口的数据转发利用了linux进程间的数据通信技术。每个端口都设置了一定大小的数据缓冲区，使数据能够连续发送而不受外围控制器速度的影响，接收数据可靠，并尽可能减少了错误接收和错误判断的可能性。
结语
本文介绍了基于at91rm9200平台和嵌入式linux的一种接口转换卡的软硬件设计，它实现了usb、gpib和网络之间的数据通信。此转换卡具有广泛的实际应用价值，如pc通过网络远程控制usb设备或gpib主机控制usb设备等等。目前本方案已成功应用于示波器的接口扩展，事实证明该方案能够为组建接口总线繁多的自动测试系统提供帮助，取得了良好的效果。
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