MCS-51單片機(jī)嵌入式Internet技術(shù)研究

　　RTL8019AS 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)首先是對(duì)網(wǎng)卡芯片的上電初始化，通過(guò)函數(shù)init_8019as（）進(jìn)行，用于設(shè)定網(wǎng)卡物理地址，設(shè)定收發(fā)緩沖區(qū)位置和大小等。其次是發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)eth_send（）和接收數(shù)據(jù)函數(shù)eth_rcve（）。

　　而uIP 協(xié)議棧則通過(guò)內(nèi)核中的uip_input（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，該函數(shù)是uIP 協(xié)議的底層設(shè)備入口。它包含兩個(gè)全局變量uip_buf、uip_len.前者用于存放接收到的數(shù)據(jù)包，后者表示接收發(fā)送緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。uip_input（）函數(shù)處理從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)發(fā)送來(lái)的IP 包。處理結(jié)束后返回變量uip_len,如果uip_len 是0,則沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送。不為0 則調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序eth_send（）函數(shù)來(lái)將uip_buf 里的uip_len 長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)上。eth_rcve（）函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存uip_buf 指定的緩沖區(qū)中，系統(tǒng)調(diào)用uip_input（）函數(shù)，并在需要時(shí)調(diào)用應(yīng)用程序。

　　uip_periodic（）可以理解為是一個(gè)周期時(shí)鐘函數(shù)，通常每一秒執(zhí)行一次，單片機(jī)用它周期性地輪詢各連接。因?yàn)閡IP 協(xié)議要處理許多定時(shí)事件，例如包重發(fā)、ARP 表項(xiàng)更新。當(dāng)周期計(jì)時(shí)激發(fā)，每一個(gè)TCP 連接調(diào)用uip_periodic（），其TCP 連接編號(hào)作為參數(shù)傳遞給uip_periodic（）函數(shù)。uip_periodic（）函數(shù)檢查參數(shù)指定的連接的狀態(tài)。當(dāng)uip_periodic（）函數(shù)返回后，會(huì)檢查uip_len 的值，若不為0 則將uip_buf 緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

　　uIP 協(xié)議的應(yīng)用程序接口用于實(shí)現(xiàn)web 之類(lèi)的應(yīng)用服務(wù)。uIP 定義了一個(gè)宏UIP_APPCALL（）作為該接口，供用戶使用。當(dāng)用戶要編程實(shí)現(xiàn)某應(yīng)用服務(wù)時(shí)，只需要將宏UIP_APPCALL（）定義成實(shí)際的應(yīng)用程序函數(shù)名。uIP 在接收到底層傳來(lái)的數(shù)據(jù)包后，若需要送上層應(yīng)用程序處理，它就調(diào)用UIP_APPCALL（）。不同的連接則通過(guò)判斷當(dāng)前連接的端口號(hào)來(lái)確定。同時(shí)uIP 還提供一些應(yīng)用程序接口函數(shù)供用戶編程時(shí)使用。常用的uIP 應(yīng)用程序接口函數(shù)有：關(guān)閉連接接口函數(shù)uip_close（）；輪詢接口函數(shù)uip_poll（）；打開(kāi)連接接口函數(shù)uip_connect（）等。通過(guò)調(diào)用不同的應(yīng)用程序接口函數(shù)，用戶可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

4 單片機(jī)主程序的設(shè)計(jì)

　　完成了底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用服務(wù)程序模塊的添加以及對(duì)uIP 進(jìn)行了正確配置之后，軟件編寫(xiě)的主體部分是單片機(jī)主程序函數(shù)。主程序視用戶需要達(dá)到何種功能而定。對(duì)于本例通過(guò)以太網(wǎng)卡接入到Internet實(shí)現(xiàn)WEB 應(yīng)用服務(wù)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)主程序首先啟動(dòng)初始化工作，包括定時(shí)器初始化、網(wǎng)卡芯片初始化、UIP 協(xié)議棧初始化、用戶應(yīng)用程序初始化等等[5].在完成初始化之后，主程序?qū)⒉煌５倪M(jìn)行查詢，如果網(wǎng)卡上有新的IP 數(shù)據(jù)包到達(dá)則送uip_input（）函數(shù)處理；如果沒(méi)有新數(shù)據(jù)包到達(dá)則由uip_priodic（）函數(shù)處理定時(shí)事件。由于uIP 協(xié)議棧采用C 語(yǔ)言編寫(xiě)，所以為了方便單片機(jī)主程序與uIP 協(xié)議交互，單片機(jī)主程序也采用C 語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。下面是單片機(jī)主程序的部分設(shè)計(jì)代碼。

　　TCP/IP 協(xié)議棧的鏈路層部分由網(wǎng)絡(luò)控制器RTL8019AS 完成，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層由單片機(jī)來(lái)處理。

　　應(yīng)用層則根據(jù)需要可以在單片機(jī)內(nèi)完成，也可以由單片機(jī)轉(zhuǎn)給用戶或終端設(shè)備完成。除了WEB 服務(wù)之外，其它應(yīng)用層服務(wù)像SMTP 協(xié)議支持功能也可以根據(jù)需要編寫(xiě)相應(yīng)的代碼。

　　5 系統(tǒng)測(cè)試

　　在完成上述工作的基礎(chǔ)上，我們?yōu)槭袇^(qū)中心停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)了一個(gè)停車(chē)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。由于市區(qū)中心停車(chē)場(chǎng)業(yè)務(wù)量非常繁忙，車(chē)位經(jīng)常飽和，不僅管理人員而且客戶經(jīng)常需要實(shí)時(shí)掌握該停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)位空閑信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)各停車(chē)位的空閑狀態(tài)。并及時(shí)將信息反饋到單片機(jī)，反饋的信息包括停車(chē)位空閑狀態(tài)，停車(chē)起始時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)等。據(jù)此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算整個(gè)停車(chē)場(chǎng)空閑停車(chē)位的個(gè)數(shù)，并將信息返回到客戶端，同時(shí)以公告信息形式顯示在停車(chē)場(chǎng)出入口的LED 顯示屏上。方便客戶作出決策。根據(jù)停車(chē)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算的計(jì)費(fèi)信息也可以顯示在客戶端上。結(jié)合上述要求，我們?cè)趩纹瑱C(jī)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器。Http 網(wǎng)頁(yè)能夠完成接收數(shù)據(jù)、發(fā)送網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)、關(guān)閉連接等應(yīng)用，并且能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)更新?？蛻舳耸褂米畛Ｓ玫腤indows 操作系統(tǒng)和Internet Explorer 瀏覽器，客戶端不需要安裝其它特殊的服務(wù)程序。系統(tǒng)僅設(shè)置為最多4 個(gè)并發(fā)客戶端訪問(wèn)單片機(jī)Web 服務(wù)器。圖4 是訪問(wèn)單片機(jī)Web服務(wù)器的結(jié)果。

圖4 客戶端訪問(wèn)單片機(jī)Web 服務(wù)器。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信是近幾年來(lái)嵌入式工業(yè)的新興應(yīng)用領(lǐng)域。由于MCS-51 系列單片機(jī)具有悠久的歷史和廣泛的應(yīng)用，其低廉的價(jià)格，以及uIP 協(xié)議?？梢悦赓M(fèi)使用，所以采用本設(shè)計(jì)方案的產(chǎn)品具有成本低，附屬硬件少，使得終端價(jià)格不會(huì)因嵌入式接入Internet而增加太多。具有極高的性價(jià)比，易于推向市場(chǎng)。目前根據(jù)此技術(shù)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)已在市區(qū)繁忙的停車(chē)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到成功應(yīng)用。只須稍加改進(jìn)即可應(yīng)用于基于51內(nèi)核的其它單片機(jī)系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠有助于智能信息家電、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控等的工業(yè)應(yīng)用以較好的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)嵌入式Internet.