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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。據網絡專家預測，將來在Internet上傳輸的信息中，有70%的是來自小型嵌入式系統。 利用單片機實現嵌入式互聯網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協議處理，使之變成可以在互聯網上傳輸的IP數據包。從解決這個技術問題出發，目前普遍存在以下兩種方案： （1）“PC網關＋專用網”方案：采用專用網絡（如RS232，RS485，CAN Bus等）把一小批單片機連接在一起，然后再將專用網絡接到一臺 PC上。這臺PC起網關的作用，將專用網絡上的信息轉換為TCP/IP協議數據包，然后發到網上實現信息共享。這個方案可以連接多種單片機，但存在以下缺點：它依賴PC機作為網關進行協議轉換在多個單片機系統分散的情況下，專用網絡布線極為不便；需要在PC機上安裝專門的協議轉換軟件，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）的平臺上進行軟件開發，在嵌入式系統中實現TCP/IP 的協議處理。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，開發周期較長；并需要購買昂貴的RTOS開發軟件，對開發人員的開發能力要求較高。 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協議來實現互聯網接入功能。由于SX52BD單片機的速度極高，能夠實現實時多任務操作，可以在 MCU執行數據采集和控制功能的同時把數據打包并傳送到互聯網上。其優點很明顯：用8位微控制器通過ISP接入互聯網，不需要使用PC機或高檔單片機；硬件電路相對簡單，系統成本低；由于UBICOM公司免費提供用于互聯網處理的軟件模塊，可以大幅度的縮短開發周期并降低開發成本。 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通過執行虛擬軟件模塊直接驅動普通I/O口實現硬件外設功能（如UART、I 2C、SPI、Caller ID、FSK等）。 （2）RTL8019AS：RTL8019AS是RealTek公司生產的一種全雙工以太網控制器。它內置16KB的SRAM，收發可同時達到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根數據線和外界通信，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年以上的數據保護。在此方案，主要用來存儲Web服務器的網頁信息，它可以處理Web頁面、圖象文件、PDF文檔記憶其他文件。 2.3 Internet協議棧 Internet協議棧是SX52BD虛擬外設的一個重要的實現，是基于 SX52BD的應用系統實現與Internet互聯的基礎。SX52BD可以運行流行的各種互聯網協議棧，如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP及PPP，還可以實現Ethernet （IEEE802.3）協議。 由于以太網作為物理非常普及，目前大部分的局域網都使用以太網。圖2所示為用匯編語言實現的以太網協議棧，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，是網絡層，負責數據在網上的端到端傳輸；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與Internet遠程管理終端之間的通信協議，例如，用HTTP 協議可以構造Web服務器，用SMTP協議可以構造郵件服務的客戶端。 對應圖1所示的硬件平臺，其運行的協議棧結構如下：應用層 HTTP；傳輸層 TCP；網絡層 IP/ICMP；物理層 Ethernet NIC Driver。 2.4 工作流程和軟件設計 RJ45為單片機系統與局域網的接口。RTL8019AS是處理以太網協議的，它使此系統可以直接通過RJ45連到以太網上。其數據的流向為：請求信息從局域網中來，通過RJ45送到 RTL8019AS，處理后的數據包送入SX52BD協議棧，由協議棧對數據包進行解析，得到原始請求信息。請求信息再經過SX52BD的處理，產生回復信息。回復信息到以太網的過程與上面正好相反。 整個系統的軟件流程如圖3所示。 3 以太網控制應用 該方案真正實現將8位SX52BD單片機系統直接與Internet相連。可以使用PC機通過Internet遠程訪問單片機系統；也可以使用單片機系統將有用的信息通過Internet發送到遠端的PC或其它終端上。例如在Internet上可以通過網頁瀏覽方式與單片機系統進行遠程數據交換。在工業控制方面，可以實現基于Internet的遠程數據采集及環境自動監測，例如，可以用在變電站、繼電器的狀態參數遠程監測。在交通運輸體系中，可以開發出電子警察從而實現交通關卡無人值守，或者可以遠程監視自動售貨機的商品的數量。在智能小區管理方面則可以實現更多的功能，例如小區管理中心可以通過小區內聯網實現網絡自動抄表。 網絡家電控制界面可用java語言編寫的Applet 程序，配以各種發射和接收控制芯片，來實現家電電源控制、電視遙控和電風扇遙控等功能。 |
