隨著互聯網的日益普及，信息共享的程度不斷提高，網絡儀表及網絡控制設備的流行逐漸成為趨勢。如何通過互聯網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)的互聯網應用以PC為中心。如今，互聯網應用正在轉到以嵌入式設備為中心。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。目前解決這個問題有兩種方案：一種是PC網關+專用網，缺點是要增加布線和第三方協議轉換軟件；另一種是32位MCU+RTOS，弊端是開發(fā)難，成本極高。而用軟件方法實現網絡協議比采用集成網絡協議的芯片，具有節(jié)省空間、降低成本的優(yōu)點，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協議，且能通過軟件升級方式跟隨未來的發(fā)展。八位單片機目前仍占有很大的市場份額，而通過美國Ubicom公司的SX52微控器進行網絡控制更具其獨特優(yōu)勢，主要體現在：(1)速度快，在100MHz頻率下能達到100MIPS；(2)現成的協議模塊供使用，即使對不熟悉網絡協議的開發(fā)人員也能簡單套用。雖然其它八位單片機也能用軟件實現精簡的TCP／IP協議，如PICl6C76等，但上面所說兩大優(yōu)點是采用SX52MCU的充分理由。套用成熟的現有程序是最具效率的開發(fā)辦法，這也是避免目前國內普遍存在的低水平開發(fā)的有效途徑。雖然目前還沒有單獨的TCP／IP軟件虛擬模塊提供，但在演示板程序的基礎上，可以采用其成功的網絡協議模塊和一些適用于小型嵌入系統(tǒng)的做法構筑現場控制Web服務器。
1SX52控制器簡介
SX52MCU與PIC單片機有很多地方相似，它也采用RISC指令系統(tǒng)，帶可擦寫上萬次的片上Flash程序存儲器，具在系統(tǒng)編程等。SX52的流水線指令操作可1個時鐘周期執(zhí)行一條指令。沒有中斷嵌套使中斷響應時間固定為3個時鐘周期，適用于一些要求強實時性的系統(tǒng)。5個可驅動30mA電流的I／O口可自由設置為TI‘L或CMOS輸入電子，262×8bit的SRAM數據空間，4096×12bit的EE／Flash程序空間。內部集成有模擬比較器、定時器、捕捉／PWM比較器、欠壓檢測、看門狗等多種功能部件。具有三個特殊器件配置寄存器，其長度分別為12位，(FUSE、FUSEX、DEVICE)，硬件配置靈活多樣，加密性能好，能有效地防止產品被盜版或仿制的可能性。已提供的軟件虛擬模塊有UART、A／D、DTMF、PWM、FSK、IRDA、VC等眾多常用功能塊。應用微控器用軟件方法替代硬件功能是一大特色，可以避免一些常用功能的重復開發(fā)。
2聯網的實現
對于資源緊缺的小型嵌入系統(tǒng)，一般都要對TCP／IP協議族做一些精簡處理。WingPoon等提供的演示板程序集合了如下模塊：ARP、DHCP、ICMP的echo響應，精簡的TCP／IP、HTYP、SMTP等；還可以看到應用了I2C以及∑-△A／D的軟件虛擬模塊。由于程序空間的限制，當實現DHCP時，只能用SMTP。底層采用8019AS網絡接口芯片。網頁通過12C存儲于24C256中，中斷程序可用于A／D虛擬模塊的計數及TCP／IP協議族的各個定時器。
系統(tǒng)設計主程序流程如圖1。當IP包頭有選項或存在分片時，此包被簡單丟棄而不處理。TCP能同時打開兩個連接，連接1用于SMTP(套接字用Bank3，TCBI_BANK)，連接2用于HTTP(套接字用Bank4，TCB2_BANK)。TCP不使用滑動窗口的流量控制，發(fā)送時每發(fā)一個分組就停下來等待確認。程序中發(fā)送的數據長度放在變量Tcp2Un-AckMSB、Tcp2UnAckLSB中。在接收模塊TcpProcPktln中只有接收到Ack包后才復位這兩個變量；而發(fā)送模塊Tcp·Transmit中只有這兩個變量為零才允許發(fā)送下一段數據，否則檢查Tcp2TimeMSB是否超時；如是則重發(fā)。TCP接收模塊TcpProcPktln檢查端口號及32序列號是否與套接字內的相符，如不符則可能是收到重發(fā)的包，TCP簡單地發(fā)Ack的空包并丟棄本包；否則處理本包數據同時清除上次發(fā)送數據長度變量Tcp2UnAckMSB、Tcp2UnAckLSB，以便在TcpTransmit中能發(fā)送下一段數據。
子模塊TcpAppTxBytes、TcpAppRxData是TCP處理發(fā)送及接收數據的模塊。用戶如不變更原TCP／IP的精簡設計，只要修改這兩個模塊就能實現自己特定的應用功能。
16位校驗和Checksum的計算對于很少或沒有數據緩沖的系統(tǒng)來說并不容易，一般有兩種方法處理。一是在TCP頭的檢驗和域放任意一個16位數，數據發(fā)送的同時計算Checksum，然后在數據最后附加2個字節(jié)以保證之前任意取值的正確。這種方法的缺點是要讓接收的應用程序忽略最后2個字節(jié)的數據，可能導致許多程序的運行異常。二是先對產生的數據計算Checksum，但不發(fā)送，然后再產生同樣的數據加上正確的校驗和發(fā)送。顯然要求系統(tǒng)產生重復的數據有時是不現實的，利用網卡芯片8019的緩沖可以解決這一問題，將數據寫入8019的同時計算Checksum，最后將Checksum寫入8019后調用NicSendTxFrame才真正發(fā)送數據。
3Web服務器實現
TCP在Web服務器下采用的狀態(tài)轉移見圖2。
(1)服務器在closed狀態(tài)下主動打開端口80進入listen狀態(tài)；
(2)經過3次常規(guī)握手后進人establish的數據傳送狀態(tài)；
(3)服務器發(fā)完數據發(fā)fin關閉請求進入finwait-1狀態(tài)；
(4)收到對方發(fā)來的Ack后進入finwait-2狀態(tài)；
(5)收到對方發(fā)來的fin關閉請求后回送Ack回到closed狀態(tài)。
考慮HTYP常用的abs_path形式的統(tǒng)一資源標識符URI，在資源緊缺的系統(tǒng)中實現完整的文件結構如"imagesledon．gif‘‘的查詢與定位，如果采用一般計算機程序中常用的方法則代價很高。一種簡便有效的方法是計算URI各字符的ASCII碼之和。網頁存放于SX52的外部EEPROM中。假設利用前512字節(jié)存放最大256個網頁的地址，絕對路徑"index．btm"的不帶進位ASCII碼之和為#＄be，可以到2x#$be+#$17c的地方找到要發(fā)送回客戶瀏覽器的數據存放地址；下載網頁到服務器時也用一個程序按上述方法將各網頁排好即可，當然網頁前都加了一段HTYP1．0的標準響應頭信息。這正是Ubicom公司提供的E2File程序所做的，也可以自己編寫一個這樣的程序以實現HTFP1．1的除GET、POST方法外的其它方法或擴展功能。[!--empirenews.page--]
除了用JavaApplet實現動態(tài)網頁外，利用post方法也可與服務器交互。例如通過IE瀏覽器用復選框按鈕控制并顯示一組燈的開與關的基本Web控制，其HTML網頁的提交表單FORM內應該包含有的類似語句，其中0～n為欲控制燈的編號，name的取值為一位數字或字符，有利于節(jié)省SX52的查詢匹配程序空間，E2File程序將網頁中如下顯示燈的狀態(tài)的HTML超鏈接語句中的"？"編號為非ASCII字符#$f0～#$fn等下載存儲到服務器的EEPROM中。當n用POST方法發(fā)送數據給服務器時，SX52服務器計算兩個空格間的abs_path形式的URI的ASCII字符之和后到相應EEPROM中，用上述下載網頁的計算方法找到該網頁的地址后，跳過HTTP的請求頭匹配l=0&…l=n表示復選框被選中的數據并對相應編號的燈開關后，返回該網頁給IE時會根據實際燈的狀態(tài)將EEPROM中存儲網頁的非ASCII字符#$f0～#$fn退換為ASCII字符"n"或"f"。這樣IE就能正確地通過超鏈接再次與服務器交互(GET方法)，下載顯示ledon．gif或ledof．gif顯示實際燈的狀態(tài)了。而要在IE上正確顯示現場某個控制變量的值時，同樣可以將n位顯示數值編號為非ASCII字符#$f0#$fl…#$fn的形式存儲到服務器中，SX52服務器端先將實際的數值轉換為BCD碼后再用對應的ASCII字符將#Sf0#$f1…#$fn替換返回，從而能在瀏覽器端顯示服務器端控制變量的變化。國內用戶使用的北京革新提供的開發(fā)演示板程序較充分地提供了常用的Intemet網絡協議軟件虛擬模塊，也提供了一個基本可實際應用的Web演示控制，只要做較少改動就可以用于實際控制中。不過它只能一次控制一個燈的開關，且任何人都可以輕易地更改。現要求一次能控制所有的燈，但需要在IE瀏覽器上輸入密碼123abc方可生效。程序修改如下：
(5)在模塊TcpAppRxData的分支：lookforl的開頭增加以下語句：
當然以上密碼通過IE仍以明文傳送，不安全，但是它可以通過常用的IE瀏覽器操作，不需要專用的客戶端軟件。這適用于大企業(yè)，它們有局域網，電腦上只能用固定的幾種軟件。當然編寫客戶端軟件加入加密解密算法來適應各種應用環(huán)境也是容易實現的。用SX52構建各種小型的現場控制Web服務器只要合理利用相應的網絡協議軟件虛擬模塊，參照演示板的做法在應用子模塊TcpAppTxBytes、TcpAppRxData中對發(fā)送及接收數據按照自己特定的要求做處理即可。它還可以通過UDP的方式同時與客戶端軟件傳送語音或視頻數據流，只要增加很少的外圍接口電路并改動相應的UDP處理模塊UDPProcPktIn即可。而如果未來協議的更新也只要下載最新的程序替換即可，開發(fā)人員單獨修改特定協議模塊的一些實現方式如增加滑動窗口的TCP／IP等也比重新編寫一個完整的協議族遠為輕松。
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