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1 引言 隨著Internet應(yīng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為中心的小型嵌入式設(shè)備的信息，成為當(dāng)今電子界的熱門(mén)話(huà)題。傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用是以PC為中心，現(xiàn)在的Internet應(yīng)用正在轉(zhuǎn)到以嵌入式設(shè)備為中心。據(jù)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，將來(lái)在Internet上傳輸?shù)男畔⒅校?0%的是來(lái)自小型嵌入式系統(tǒng)。 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)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(jī)本身有限的資源對(duì)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?shù)腎P數(shù)據(jù)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(jī)連接在一起，然后再將專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)接到一臺(tái) PC上。這臺(tái)PC起網(wǎng)關(guān)的作用，將專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)上的信息轉(zhuǎn)換為T(mén)CP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息共享。這個(gè)方案可以連接多種單片機(jī)，但存在以下缺點(diǎn)：它依賴(lài)PC機(jī)作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換在多個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)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(jī)上安裝專(zhuān)門(mén)的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，而這些軟件通常是由第三方軟件商提供，費(fèi)用較高。 （2）“32位MCU+RTOS”方案：采用32位高檔單片機(jī)，在RTOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）的平臺(tái)上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP 的協(xié)議處理。由于采用高檔單片機(jī)，這個(gè)方案可以完成很多復(fù)雜的功能。它的缺點(diǎn)是：高檔單片機(jī)價(jià)格較高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)；并需要購(gòu)買(mǎi)昂貴的RTOS開(kāi)發(fā)軟件，對(duì)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(jī)SX52BD，通過(guò)用軟件固化TCP/IP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。由于SX52BD單片機(jī)的速度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，可以在 MCU執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時(shí)把數(shù)據(jù)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(jī)或高檔單片機(jī)；硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低；由于UBICOM公司免費(fèi)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(yīng)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(tái)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(jī)，片上帶有4k×16 位的Flash存儲(chǔ)器和256×12位的SRAM，具有在線(xiàn)系統(tǒng)編程調(diào)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(qū)動(dòng)下指令執(zhí)行速度可達(dá)50MIPS。該單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是虛擬外設(shè)功能，即CPU通過(guò)執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通I/O口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)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(nèi)置16KB的SRAM，收發(fā)可同時(shí)達(dá)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(chǔ)器，采用CMOS工藝，通過(guò)2根數(shù)據(jù)線(xiàn)和外界通信，兼容I 2C總線(xiàn)接口，可分別設(shè)為硬件和軟件寫(xiě)保護(hù)，10萬(wàn)次的擦寫(xiě)，40年以上的數(shù)據(jù)保護(hù)。在此方案，主要用來(lái)存儲(chǔ)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(shè)的一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)，是基于 SX52BD的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與Internet互聯(lián)的基礎(chǔ)。SX52BD可以運(yùn)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(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(yǔ)言實(shí)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(zhuān)門(mén)用來(lái)傳輸IP包的物理層，即 NIC設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；向上一層，是網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)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(yīng)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(yīng)用層，用戶(hù)可以選擇HTTP，SMTP，DHTP中的任意一種作為單片機(jī)系統(tǒng)與Internet遠(yuǎn)程管理終端之間的通信協(xié)議，例如，用HTTP 協(xié)議可以構(gòu)造Web服務(wù)器，用SMTP協(xié)議可以構(gòu)造郵件服務(wù)的客戶(hù)端。 對(duì)應(yīng)圖1所示的硬件平臺(tái)，其運(yùn)行的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下：應(yīng)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(shè)計(jì) RJ45為單片機(jī)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(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上。其數(shù)據(jù)的流向?yàn)椋赫?qǐng)求信息從局域網(wǎng)中來(lái)，通過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到原始請(qǐng)求信息。請(qǐng)求信息再經(jīng)過(guò)SX52BD的處理，產(chǎn)生回復(fù)信息。回復(fù)信息到以太網(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。 整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。 3 以太網(wǎng)控制應(yīng)用 該方案真正實(shí)現(xiàn)將8位SX52BD單片機(jī)系統(tǒng)直接與Internet相連。可以使用PC機(jī)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)單片機(jī)系統(tǒng)；也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)將有用的信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠(yuǎn)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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換。在工業(yè)控制方面，可以實(shí)現(xiàn)基于Internet的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)，例如，可以用在變電站、繼電器的狀態(tài)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。在交通運(yùn)輸體系中，可以開(kāi)發(fā)出電子警察從而實(shí)現(xiàn)交通關(guān)卡無(wú)人值守，或者可以遠(yuǎn)程監(jiān)視自動(dòng)售貨機(jī)的商品的數(shù)量。在智能小區(qū)管理方面則可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，例如小區(qū)管理中心可以通過(guò)小區(qū)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)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(xiàn)家電電源控制、電視遙控和電風(fēng)扇遙控等功能。 |
