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1 引言 隨著(zhù)Internet應用日益普及，信息共享的程度不斷提高，如何通過(guò)Internet共享以單片機應用系統為中心的小型嵌入式設備的信息，成為當今電子界的熱門(mén)話(huà)題。傳統的Internet應用是以PC為中心，現在的Internet應用正在轉到以嵌入式設備為中心。據網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)家預測，將來(lái)在Internet上傳輸的信息中，有70%的是來(lái)自小型嵌入式系統。 利用單片機實(shí)現嵌入式互聯(lián)網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)是如何利用單片機本身有限的資源對信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸的IP數據包。從解決這個(gè)技術(shù)問(wèn)題出發(fā)，目前普遍存在以下兩種方案： （1）“PC網(wǎng)關(guān)＋專(zhuān)用網(wǎng)”方案：采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )（如RS232，RS485，CAN Bus等）把一小批單片機連接在一起，然后再將專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )接到一臺 PC上。這臺PC起網(wǎng)關(guān)的作用，將專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )上的信息轉換為T(mén)CP/IP協(xié)議數據包，然后發(fā)到網(wǎng)上實(shí)現信息共享。這個(gè)方案可以連接多種單片機，但存在以下缺點(diǎn)：它依賴(lài)PC機作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉換在多個(gè)單片機系統分散的情況下，專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)極為不便；需要在PC機上安裝專(zhuān)門(mén)的協(xié)議轉換軟件，而這些軟件通常是由第三方軟件商提供，費用較高。 （2）“32位MCU+RTOS”方案：采用32位高檔單片機，在RTOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統）的平臺上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在嵌入式系統中實(shí)現TCP/IP 的協(xié)議處理。由于采用高檔單片機，這個(gè)方案可以完成很多復雜的功能。它的缺點(diǎn)是：高檔單片機價(jià)格較高，開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)；并需要購買(mǎi)昂貴的RTOS開(kāi)發(fā)軟件，對開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)能力要求較高。 鑒于上述兩種方案的缺點(diǎn)，提出了“MCU+虛擬軟件包”的方案，即采用UBICOM公司的8位超高速單片機SX52BD，通過(guò)用軟件固化TCP/IP協(xié)議來(lái)實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)接入功能。由于SX52BD單片機的速度極高，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，可以在 MCU執行數據采集和控制功能的同時(shí)把數據打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。其優(yōu)點(diǎn)很明顯：用8位微控制器通過(guò)ISP接入互聯(lián)網(wǎng)，不需要使用PC機或高檔單片機；硬件電路相對簡(jiǎn)單，系統成本低；由于UBICOM公司免費提供用于互聯(lián)網(wǎng)處理的軟件模塊，可以大幅度的縮短開(kāi)發(fā)周期并降低開(kāi)發(fā)成本。 2 具體應用方案 2.1 基于SX52BD的Web服務(wù)器方案 基于SX52BD的Web服務(wù)器的硬件平臺如圖1 2.2 主要芯片介紹 （1）SX52BD：SX52BD 是UBICOM公司生產(chǎn)的一款RISC指令集的單片機，片上帶有4k×16 位的Flash存儲器和256×12位的SRAM，具有在線(xiàn)系統編程調試功能。由于采用CPU并行流水線(xiàn)方式及單時(shí)鐘周期指令，在50MHz晶振驅動(dòng)下指令執行速度可達50MIPS。該單片機的最大特點(diǎn)就是虛擬外設功能，即CPU通過(guò)執行虛擬軟件模塊直接驅動(dòng)普通I/O口實(shí)現硬件外設功能（如UART、I 2C、SPI、Caller ID、FSK等）。 （2）RTL8019AS：RTL8019AS是RealTek公司生產(chǎn)的一種全雙工以太網(wǎng)控制器。它內置16KB的SRAM，收發(fā)可同時(shí)達到10Mbps的速率，支持Ethernet II和IEEE802.3、 10Base5、10Base2、10BaseT。 （3）AT24C256：AT24LC256是ATMEL公司生產(chǎn)的一種串行256KB的 EEPROM存儲器，采用CMOS工藝，通過(guò)2根數據線(xiàn)和外界通信，兼容I 2C總線(xiàn)接口，可分別設為硬件和軟件寫(xiě)保護，10萬(wàn)次的擦寫(xiě)，40年以上的數據保護。在此方案，主要用來(lái)存儲Web服務(wù)器的網(wǎng)頁(yè)信息，它可以處理Web頁(yè)面、圖象文件、PDF文檔記憶其他文件。 2.3 Internet協(xié)議棧 Internet協(xié)議棧是SX52BD虛擬外設的一個(gè)重要的實(shí)現，是基于 SX52BD的應用系統實(shí)現與Internet互聯(lián)的基礎。SX52BD可以運行流行的各種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧，如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP及PPP，還可以實(shí)現Ethernet （IEEE802.3）協(xié)議。 由于以太網(wǎng)作為物理非常普及，目前大部分的局域網(wǎng)都使用以太網(wǎng)。圖2所示為用匯編語(yǔ)言實(shí)現的以太網(wǎng)協(xié)議棧，即 TCP/IP軟件的四層抽象分層：最底層，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳輸IP包的物理層，即 NIC設備驅動(dòng)程序；向上一層，是網(wǎng)絡(luò )層，負責數據在網(wǎng)上的端到端傳輸；再向上，是我們熟悉的 TCP，UDP的傳輸層，一般的應用程序都是建立在傳輸層上的，例如Web服務(wù)、簡(jiǎn)單郵件服務(wù)；在應用層，用戶(hù)可以選擇HTTP，SMTP，DHTP中的任意一種作為單片機系統與Internet遠程管理終端之間的通信協(xié)議，例如，用HTTP 協(xié)議可以構造Web服務(wù)器，用SMTP協(xié)議可以構造郵件服務(wù)的客戶(hù)端。 對應圖1所示的硬件平臺，其運行的協(xié)議棧結構如下：應用層 HTTP；傳輸層 TCP；網(wǎng)絡(luò )層 IP/ICMP；物理層 Ethernet NIC Driver。 2.4 工作流程和軟件設計 RJ45為單片機系統與局域網(wǎng)的接口。RTL8019AS是處理以太網(wǎng)協(xié)議的，它使此系統可以直接通過(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上。其數據的流向為：請求信息從局域網(wǎng)中來(lái)，通過(guò)RJ45送到 RTL8019AS，處理后的數據包送入SX52BD協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數據包進(jìn)行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過(guò)SX52BD的處理，產(chǎn)生回復信息�；貜托畔⒌揭蕴W(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。 整個(gè)系統的軟件流程如圖3所示。 3 以太網(wǎng)控制應用 該方案真正實(shí)現將8位SX52BD單片機系統直接與Internet相連�？梢允褂肞C機通過(guò)Internet遠程訪(fǎng)問(wèn)單片機系統；也可以使用單片機系統將有用的信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠端的PC或其它終端上。例如在Internet上可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽方式與單片機系統進(jìn)行遠程數據交換。在工業(yè)控制方面，可以實(shí)現基于Internet的遠程數據采集及環(huán)境自動(dòng)監測，例如，可以用在變電站、繼電器的狀態(tài)參數遠程監測。在交通運輸體系中，可以開(kāi)發(fā)出電子警察從而實(shí)現交通關(guān)卡無(wú)人值守，或者可以遠程監視自動(dòng)售貨機的商品的數量。在智能小區管理方面則可以實(shí)現更多的功能，例如小區管理中心可以通過(guò)小區內聯(lián)網(wǎng)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)抄表。 網(wǎng)絡(luò )家電控制界面可用java語(yǔ)言編寫(xiě)的Applet 程序，配以各種發(fā)射和接收控制芯片，來(lái)實(shí)現家電電源控制、電視遙控和電風(fēng)扇遙控等功能。 |
