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1 引言 隨著Internet應用日益普及，信息共享的程度不斷提高，如何通過Internet共享以單片機應用系統(tǒng)為中心的小型嵌入式設備的信息，成為當今電子界的熱門話題。傳統(tǒng)的Internet應用是以PC為中心，現(xiàn)在的Internet應用正在轉到以嵌入式設備為中心。據(jù)網(wǎng)絡專家預測，將來在Internet上傳輸?shù)男畔⒅�，�?0%的是來自小型嵌入式系統(tǒng)。 利用單片機實現(xiàn)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)方案的技術難點是如何利用單片機本身有限的資源對信息進行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。從解決這個技術問題出發(fā)，目前普遍存在以下兩種方案： （1）“PC網(wǎng)關＋專用網(wǎng)”方案：采用專用網(wǎng)絡（如RS232，RS485，CAN Bus等）把一小批單片機連接在一起，然后再將專用網(wǎng)絡接到一臺 PC上。這臺PC起網(wǎng)關的作用，將專用網(wǎng)絡上的信息轉換為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實現(xiàn)信息共享。這個方案可以連接多種單片機，但存在以下缺點：它依賴PC機作為網(wǎng)關進行協(xié)議轉換在多個單片機系統(tǒng)分散的情況下，專用網(wǎng)絡布線極為不便；需要在PC機上安裝專門的協(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（實時多任務操作系統(tǒng)）的平臺上進行軟件開發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)TCP/IP 的協(xié)議處理。由于采用高檔單片機，這個方案可以完成很多復雜的功能。它的缺點是：高檔單片機價格較高，開發(fā)周期較長；并需要購買昂貴的RTOS開發(fā)軟件，對開發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高。 鑒于上述兩種方案的缺點，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，通過用軟件固化TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。由于SX52BD單片機的速度極高，能夠實現(xiàn)實時多任務操作，可以在 MCU執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時把數(shù)據(jù)打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。其優(yōu)點很明顯：用8位微控制器通過ISP接入互聯(lián)網(wǎng)，不需要使用PC機或高檔單片機；硬件電路相對簡單，系統(tǒng)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發(fā)周期并降低開發(fā)成本。 2 具體應用方案 2.1 基于SX52BD的Web服務器方案 基于SX52BD的Web服務器的硬件平臺如圖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，具有在線系統(tǒng)編程調試功能。由于采用CPU并行流水線方式及單時鐘周期指令，在50MHz晶振驅動下指令執(zhí)行速度可達50MIPS。該單片機的最大特點就是虛擬外設功能，即CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅動普通I/O口實現(xiàn)硬件外設功能（如UART、I 2C、SPI、Caller ID、FSK等）。 （2）RTL8019AS：RTL8019AS是RealTek公司生產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公司生產的一種串行256KB的 EEPROM存儲器，采用CMOS工藝，通過2根數(shù)據(jù)線和外界通信，兼容I 2C總線接口，可分別設為硬件和軟件寫保護，10萬次的擦寫，40年以上的數(shù)據(jù)保護。在此方案，主要用來存儲Web服務器的網(wǎng)頁信息，它可以處理Web頁面、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虛擬外設的一個重要的實現(xiàn)，是基于 SX52BD的應用系統(tǒng)實現(xiàn)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，還可以實現(xiàn)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所示為用匯編語言實現(xiàn)的以太網(wǎng)協(xié)議棧，即 TCP/IP軟件的四層抽象分層：最底層，是專門用來傳輸IP包的物理層，即 NIC設備驅動程序；向上一層，是網(wǎng)絡層，負責數(shù)據(jù)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、簡單郵件服務；在應用層，用戶可以選擇HTTP，SMTP，DHTP中的任意一種作為單片機系統(tǒng)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服務器，用SMTP協(xié)議可以構造郵件服務的客戶端。 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(tǒng)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(tǒng)可以直接通過RJ45連到以太網(wǎng)上。其數(shù)據(jù)的流向為：請求信息從局域網(wǎng)中來，通過RJ45送到 RTL8019AS，處理后的數(shù)據(jù)包送入SX52BD協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數(shù)據(jù)包進行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過SX52BD的處理，產生回復信息。回復信息到以太網(wǎng)的過程與上面正好相反。 整個系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。 3 以太網(wǎng)控制應用 該方案真正實現(xiàn)將8位SX52BD單片機系統(tǒng)直接與Internet相連�？梢允褂肞C機通過Internet遠程訪問單片機系統(tǒng)；也可以使用單片機系統(tǒng)將有用的信息通過Internet發(fā)送到遠端的PC或其它終端上。例如在Internet上可以通過網(wǎng)頁瀏覽方式與單片機系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)交換。在工業(yè)控制方面，可以實現(xiàn)基于Internet的遠程數(shù)據(jù)采集及環(huán)境自動監(jiān)測，例如，可以用在變電站、繼電器的狀態(tài)參數(shù)遠程監(jiān)測。在交通運輸體系中，可以開發(fā)出電子警察從而實現(xiàn)交通關卡無人值守，或者可以遠程監(jiān)視自動售貨機的商品的數(shù)量。在智能小區(qū)管理方面則可以實現(xiàn)更多的功能，例如小區(qū)管理中心可以通過小區(qū)內聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡自動抄表。 網(wǎng)絡家電控制界面可用java語言編寫的Applet 程序，配以各種發(fā)射和接收控制芯片，來實現(xiàn)家電電源控制、電視遙控和電風扇遙控等功能。 |
