集成了網(wǎng)絡(luò)連接的低成本控制器

１ 引言

按照當(dāng)前的技術(shù)水準(zhǔn)，如果設(shè)計(jì)一個(gè)不與網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)連接的控制、調(diào)節(jié)或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)顯然是落伍了。文中將介紹如何采用Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ創(chuàng)新的八位網(wǎng)絡(luò)微控制器ＤＳ８０Ｃ４００實(shí)現(xiàn)低成本的具有ＷＥＢ連接的工業(yè)應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)的存在大大簡化了系統(tǒng)服務(wù)和電纜連接，通過以太網(wǎng)也能夠?qū)崿F(xiàn)越來越多的功能。如今越來越多的微控制器被部署在以太網(wǎng)上，例如：無線接入點(diǎn)、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)打印、路由器等。在這些應(yīng)用中，為了減輕軟件處理負(fù)荷、降低成本，需要核心芯片，也就是集成有以太網(wǎng)接口和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧的微控制器，Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ推出的ＤＳ８０Ｃ４００則具備以上特點(diǎn)。

ＤＳ８０Ｃ４００非常適合上述應(yīng)用，它可以連續(xù)運(yùn)行，并只消耗極少的能量。該器件可以輕易實(shí)現(xiàn)ＶｏＩＰ、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ電話等功能，還可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或家庭網(wǎng)絡(luò)控制空調(diào)和取暖設(shè)備。有了它，就沒有必要在系統(tǒng)的每一單元都安裝昂貴的電路，系統(tǒng)中的任何ＰＣ都可以通過ＤＳ８０Ｃ４００查看相關(guān)數(shù)據(jù)和發(fā)送控制操作。各個(gè)單元只需與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接，這些網(wǎng)絡(luò)可以是家庭或者公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也可以是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，而且其服務(wù)設(shè)置和安裝過程可以由網(wǎng)絡(luò)上的任何ＰＣ實(shí)現(xiàn)。

２ ＤＳ８０Ｃ４００功能特點(diǎn)

這款新型控制器為系統(tǒng)監(jiān)控提供了更多的途徑。用戶可以采集多個(gè)地點(diǎn)的溫度并實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)值，也可以用彩色圖表顯示不同的溫度值和連續(xù)工作情況。研發(fā)工程師還可以嘗試不同的監(jiān)視和控制方式，而不需要在各控制點(diǎn)增加轉(zhuǎn)換器和昂貴的伺服機(jī)構(gòu)。由于ＤＳ８０Ｃ４００可以通過以太網(wǎng)接入Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ，這樣就使操作者的實(shí)際位置變得無關(guān)緊要，可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端或遠(yuǎn)距離的系統(tǒng)監(jiān)控。

圖1

    ２．１ 低功耗

ＤＳ８０Ｃ４００能夠以最少的外圍器件和最低的功耗實(shí)現(xiàn)簡單有效的功能。參考設(shè)計(jì)（ＤＳＴＩＮＩＭ４００和ＤＳＴＩＮＩＳ４００）中包含了以太網(wǎng)接口和２個(gè)串行接口，此外，板上有１Ｍ字節(jié)ＲＡＭ和１Ｍ字節(jié)的Ｆｌａｓｈ存儲器。該控制器工作在２９．４９１２ＭＨｚ時(shí)鐘下，運(yùn)行ＴＩ-ＮＩ－ＯＳ和Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ操作系統(tǒng)時(shí)的總功耗為０．５Ｗ。圖１所示為ＤＳ８０Ｃ４００的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

ＤＳ８０Ｃ４００具有功率管理模式?ＰＭＭ?，可以對內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行２５６分頻。在ＰＭＭ模式下，微處理器的速度非常低，仍可以繼續(xù)執(zhí)行程序，但電源電流極低，甚至低于空閑模式下的電源電流。當(dāng)有中斷指令產(chǎn)生或其中一個(gè)串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，ＤＳ８０Ｃ４００會自動恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)工作模式。ＰＭＭ模式下?lián)p耗較大的定時(shí)器時(shí)鐘是１０２４分頻，而不是４分頻。低功耗模式下，內(nèi)部８０５１核工作于１．８Ｖ，而Ｉ／Ｏ驅(qū)動部分工作在３．３Ｖ（可以承受５Ｖ）。

２．２ 高指令執(zhí)行速度

在高達(dá)７５ＭＨｚ時(shí)鐘時(shí)，ＤＳ８０Ｃ４００的指令執(zhí)行速度可以達(dá)到１８．７５ＭＩＰＳ，足以支持以太網(wǎng)接收未經(jīng)壓縮的音頻數(shù)據(jù)流，然后經(jīng)過Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換再發(fā)送出去。ＤＳ８０Ｃ４００也適合分辨率和刷新速率較低的安全監(jiān)控系統(tǒng)。但是，ＤＳ８０Ｃ４００不能用于高速、連續(xù)吞吐量的場合，例如文件服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)ＤＶＤ刻錄機(jī)等。此外，ＤＳ８０Ｃ４００內(nèi)部的運(yùn)算加速器可以執(zhí)行１６位和３２位乘法、除法、移位和歸一化處理。

２．３ 接口和外圍設(shè)備

ＤＳ８０Ｃ４００提供多種接口，其中包括ＣＡＮ２．０Ｂ控制器接口、三個(gè)１－Ｗｉｒｅ接口、全雙工硬件串行接口、八個(gè)雙向８位端口（共計(jì)６４個(gè)數(shù)字Ｉ／Ｏ口）。ＤＳ８０Ｃ４００有１６Ｍ字節(jié)的可訪問地址空間、２２條地址線和４個(gè)內(nèi)部編碼片選使能端，見圖２所示。它內(nèi)部集成有１０／１００Ｍ以太網(wǎng)媒體存取控制器ＭＡＣ，可以支持半雙工和全雙工Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議ＩＰｖ４和ＩＰｖ６。為了減輕發(fā)送和接收時(shí)的ＣＰＵ負(fù)荷，ＤＳ８０Ｃ４００還內(nèi)含８Ｋ字節(jié)帶緩沖的數(shù)據(jù)包存儲器。

圖2

ＤＳ８０Ｃ４００內(nèi)嵌６４Ｋ字節(jié)ＲＯＭ，ＲＯＭ中的固件利用ＤＨＣＰ，配合ＴＦＴＰ，通過以太網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)裝載。ＲＯＭ固件支持ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＤＨＣＰ、ＩＣＭＰ和ＩＧＭＰ，因此實(shí)現(xiàn)了完全可以訪問的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧。另外，用戶也可以從已在ＩＥＥＥ注冊的ＤＳ２５０２－Ｅ４８（Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ產(chǎn)品，一種提供４８位節(jié)點(diǎn)地址的芯片）中獲得一個(gè)ＭＡＣ地址。

２．４ Ｊａｖａ

Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ免費(fèi)提供基于８０５１核的Ｊａｖａ操作系統(tǒng)以配合ＤＳ８０Ｃ４００的使用。設(shè)計(jì)者可以從網(wǎng)站：ｆｔｐ?／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／下載Ｊａｖａ操作系統(tǒng)ＴＩＮＩ－ＯＳ和一些應(yīng)用例程。ＴＩＮＩ－ＯＳ提供一個(gè)類似ＵＮＩＸ的Ｓｈｅｌｌ：ＳＬＵＳＨ－ｓｈｅｌｌ，其中包含了ＦＴＰ和Ｔｅｌ-ｎｅｔ等標(biāo)準(zhǔn)組件。ＴＩＮＩ網(wǎng)站也提供了一些簡單范例，例如用于Ｗｅｂ服務(wù)器的Ｊａｖａ源程序，該程序利用ＤＳ１９２０（數(shù)字溫度傳感器）來測量溫度，并通過ＨＴＭＬ頁面顯示溫度值。

３ 典型應(yīng)用

在ＤＳ８０Ｃ４００上安裝ＴＩＮＩ－ＯＳ的ＷＥＢ服務(wù)器需要下述條件：

●帶ＤＳ８０Ｃ４００微控制器的電路板，推薦使用１Ｍ字節(jié)Ｆｌａｓｈ存儲器，１Ｍ字節(jié)ＳＲＡＭ。也可以從以下網(wǎng)址下載一個(gè)示例：

ｆｔｐ:／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅ-ｓｉｇｎｓ／ＴＩＮＩｍ４００／ＴＩＮＩｍ４００ Ｃ．ＰＤＦ

●最新版本的ＴＩＮＩ－ＯＳ操作系統(tǒng)，可以從下面網(wǎng)址得到：

ｆｔｐ:／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／ｔｉｎｉ１ １３．ｔｇｚ

●編譯Ｊ２ＳＤＫ１．４．ｘ、Ｌｉｎｕｘ／Ｕｎｉｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ版本，可參考：

ｈｔｔｐ:／／ｊａｖａ．ｓｕｎ．ｃｏｍ／ｊ２ｓｅ／１．４．２／ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ

●用集成了串行裝載器的ＤＳ８０Ｃ４００、Ｊａｖａ－Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－ＡＰＩ，Ｌｉｎｕｘ／Ｕｎｉｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ版本傳送軟件，參考：

ｈｔｔｐ:／／ｊａｖａ．ｓｕｎ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｊａｖａｃｏｍｍ／ｄｏｗｎ-ｌｏａｄｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ

４ 實(shí)現(xiàn)ＷＥＢ訪問的步驟

首先需要在ＰＣ上安裝ＪＡＶＡ－ＣＯＭＭ ＡＰＩ、Ｊａｖａ２ ＳＤＫ及其所有附件。ＪＡＶＡ－Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ－ＡＰＩ的安裝可參考文件：ＰｌａｔｆｏｒｍＳｐｅｃｉｆｉｃ．ｈｔｍｌ。然后解壓縮已下載的Ｔｉｎｉ－Ｐａｋｅｔ（Ｔｉｎｉ操作系統(tǒng)軟件包）ｔｉｎｉ１－１３．ｔｇｚ文件。Ｗｉｎｄｏｗｓ用戶應(yīng)該把這個(gè)文件解壓縮到根目錄下，并且使用盡可能簡短的目錄名，以便于手工輸入路徑名。這里假設(shè)解壓縮到Ｃ?＼ＴＮＩＯＳ?，F(xiàn)在可以運(yùn)行Ｔｉｎｉ ＪａｖａＫｉｔ，與ＤＳ８０Ｃ４００的裝載器通信如下?

ｊａｖａ －ｃｌａｓｓｐａｔｈ

ｃ:＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｔｉｎｉ．ｊａｒ; ｃ:＼ｊ２ｓｄｋ１．４．２ ０５＼ｌｉｂ＼ｃｏｍｍ．ｊａｒ ＪａｖａＫｉｔ

完成上述操作后，ＪａｖａＫｉｔ就可以和ＤＳ８０Ｃ４００進(jìn)行通信了，在此之前，還必須用串口電纜連接ＤＳ８０Ｃ４００的串口０（引腳Ｐ３ Ｂ０和Ｐ３ Ｂ１）和ＰＣ。為了能使用ＪａｖａＫｉｔ的ＤＴＲ－Ｒｅｓｅｔ復(fù)位，應(yīng)該用另外一個(gè)串行收發(fā)器將ＰＣ串口的ＤＴＲ引腳接到ＤＳ８０Ｃ４００電路板的手動復(fù)位電路上。

圖3

    用戶必須確保ＤＳ８０Ｃ４００的第９６引腳Ｐ１＿Ｂ７在復(fù)位時(shí)沒有接地。否則，復(fù)位后ＤＳ８０Ｃ４００將自動從地址４００００ｈ開始運(yùn)行程序。同樣，ＤＳ８０Ｃ４００的第３２腳也不能拉低到地電位，否則在接收到來自ＴＦＴＰ服務(wù)器的復(fù)位后，ＲＯＭ將啟動ＮｅｔＢｏｏｔ過程。復(fù)位后ＤＳ８０Ｃ４００應(yīng)該返回以下信息：

ＤＳ８０Ｃ４００ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．

Ｗｅｌｃｏｍｅ ｔｏ ｔｈｅ ＴＩＮＩ ＤＳ８０Ｃ４００ ｃａｒ ｂｏａｔ Ｌｏａｄｅｒ １．０．１

用戶可以用Ｊａｖａ－Ｋｉｔ通過Ｆｉｌｅ－＞Ｌｏａｄ－Ｆｉｌｅ?Ｃ?＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｔｉｎｉ ４００．ｔｂｉｎ操作將ＴＩＮＩ－ＯＳ文件拷貝到ＤＳ８０Ｃ４００線路板的Ｆｌａｓｈ中， 通過Ｆｉｌｅ－＞Ｌｏａｄ－Ｆｉｌｅ? Ｃ?＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｓｌｕｓｈ ４００．ｔｂｉｎ將ｓｌｕｓｈ－ｓｈｅｌｌ拷貝到Ｆｌａｓｈ中。在重新啟動之前，還需清除ＨＥＡＰ。隨后，將ＤＳ８０Ｃ４００的第９６腳（Ｐ１ Ｂ７）拉低到地以產(chǎn)生一次復(fù)位。復(fù)位之后將顯示以下信息：

[＝ｓｌｕｓｈ ｖｅｒｓｉｏｎ １．１３ ＝,]?

[Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｉｎｇ ｕｐ．]

[Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．．．]

[Ｎｅｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｌｏｇ ｆｉｌｅ．]?[Ｉｎｆｏ]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ｓｈｅｌｌ ｃｏｍｍａｎｄｓ．．．]?[Ｄｏｎｅ]

[Ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｌｅｓ．．．][Ｄｏｎｅ]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｐａｒｓｉｎｇｓ． ｓｔａｒｔｕｐ．．．]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ．．．]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ＤＨＣＰ Ｃｌｉｅｎｔ．．．]

[ｗａｉｔｉｎｇ ｏｆ ｆｏｒ ＤＨＣＰ ＩＰ Ｌｅａｓｅ．．．] ?

[ＤＨＣＰ ＩＰ ｏｆ ｌｅａｓｅ Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ．] ?

[Ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ] ?[Ｄｏｎｅ]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｕｐ Ｔｅｌｎｅｔ ｓｅｒｖｅｒｓ．．．]? [Ｄｏｎｅ]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｕｐ ＦＴＰ ｓｅｒｖｅｒｓ．．．] ?[Ｄｏｎｅ]

[Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｉｔ ｒｏｕｔｉｎｅｓ] ?[Ｄｏｎｅ]

[ｓｌｕｓｈ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ． 〗

Ｈｉｔ ａｎｙ ｋｅｙ ｔｏ ｌｏｇ－ｉｎ．

以上顯示表明操作系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行于ＤＳ８０Ｃ４００。用戶可以憑用戶名“ｒｏｏｔ”和密碼“ｔｉｎｉ”登錄。如果網(wǎng)絡(luò)不支持ＤＨＣＰ動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議，還必須使用一個(gè)靜態(tài)ＩＰ地址。配置結(jié)果將保存在ＳＲＡＭ的ＨＥＡＰ區(qū)域。如果這個(gè)ＳＲＡＭ采用備用電池供電，那么即使去掉了主電源，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)仍然可以完好無缺。現(xiàn)在，用戶不再需要Ｊａ-ｖａ－Ｋｉｔ和串口連接，就可以使用ＦＴＰ服務(wù)將自己的軟件拷貝到系統(tǒng)文件里。進(jìn)一步的設(shè)置可以用Ｔｅｌｎｅｔ完成。

從ＰＣ上可以看到一個(gè)簡單的Ｊａｖａ ＷＥＢ服務(wù)器：

ｃ:＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｅｘａｍｐｌｅｓ＼ＴＩＮＩＷｅｂｓｅｒｖｅｒ。

用批處理文件ｂｕｉｌｄＷｅｂＳｅｒｖｅｒ．ｂａｔ可以方便地編譯這個(gè)程序。用戶可以把從ＦＴＰ得到的ＴＩＮＩ-ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ．ｔｉｎｉ拷貝到ＤＳ８０Ｃ４００文件系統(tǒng)的桌面：／ｂｉｎ下，然后通過Ｔｅｌｎｅｔ用命令／ｂｉｎ／ＴＩＮＩＷｅｂＳｅｒｖ-ｅｒ．ｔｉｎｉ運(yùn)行它。也可以把這個(gè)命令寫到啟動文件里（／ｅｔｃ／．ｓｔａｒｔｕｐ，一個(gè)類似ＰＣ中的ａｕｔｏｅｘｅｃ．ｂａｔ文件），這樣在系統(tǒng)啟動時(shí)，就可保證啟動ＷＥＢ服務(wù)器?？赏ㄟ^Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ來運(yùn)行ＤＳ８０Ｃ４００里的Ｗｅｂ服務(wù)器Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ，在地址欄里輸入地址ｈｔｔｐ?／／１９２．１６８．１． ５０后的顯示結(jié)果如圖３所示。

在這個(gè)參考設(shè)計(jì)里，監(jiān)控的溫度來自接在第９９腳（ＯＷ）的ＤＳ１９２０溫度傳感器，時(shí)鐘信息來自帶Ｉ２Ｃ總線接口的ＤＳ１６７２實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。