基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)終端的設(shè)計(jì)

主要芯片介紹

·SX52BD是Ubicom公司生產(chǎn)的一款RISC指令集的高速單片機(jī)。程序存儲(chǔ)器采用Flash，片內(nèi)容量為4096字節(jié)，重復(fù)寫周期1萬次以上；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是SRAM，片內(nèi)容量為262×8位。SX52BD采用4個(gè)階段傳遞（接收-解碼-執(zhí)行-寫入），所以每一時(shí)鐘周期執(zhí)行1條指令。當(dāng)最大操作頻率達(dá)到100MHz時(shí)，指令以每10ns的時(shí)鐘周期運(yùn)行。通過串口或并口可以對芯片進(jìn)行在線編程，芯片還有在線調(diào)試支持邏輯。該單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是虛擬外設(shè)功能，即通過軟件對I/O口進(jìn)行靈活的配置， CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)I/O口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能（如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等）。

·Cirrus公司的CS8900A是用于嵌入式設(shè)備的低成本以太局域網(wǎng)控制器。它的高度集成設(shè)計(jì)使外部器件大大減價(jià)。CS8900A包括片上RAM、10Base-T傳輸和接收濾波器，以及帶24mA驅(qū)動(dòng)的直接ISA總線接口，設(shè)置好其內(nèi)部各個(gè)寄存器的值，芯片就可以自動(dòng)開通網(wǎng)絡(luò)接口，由于使用RJ45連接器，所以利用E2023芯片把網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

·AT24LC256是Atmel公司生產(chǎn)的一種串行256KB的 EEPROM存儲(chǔ)器，它通過2根數(shù)據(jù)線與外界通信，兼容I2C總線接口，可分別設(shè)為硬件和軟件寫保護(hù)，高達(dá)10萬次的擦寫，40年以上的數(shù)據(jù)保護(hù)，主要用來存儲(chǔ)網(wǎng)頁信息。

硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)原理圖

　　CS8900A有三種工作模式：I/O模式、存儲(chǔ)器模式和直接存儲(chǔ)器模式，默認(rèn)為I/O模式，通過程序可變換成其它模式。CS8900A的三種工作模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用的是I/O模式。CS8900A共有8個(gè)16位的I/O口，這8個(gè)I/O口與片內(nèi)的8個(gè)16位寄存器相對應(yīng)。如圖1所示，CS8900A采用8位的數(shù)據(jù)總線方式和SX52BD的RB口相連.地址線和SX52BD的RA口相連。復(fù)位后，SX52BD對CS8900A有唯一地址。

　　與24X256有關(guān)的電路，除了上述的和CS8900A連接的部分外，還有PROG接口、晶振和復(fù)位電路。其中，PROG接口用于編程和調(diào)試，用一個(gè)4引腳的接頭引出OSC1、OSC2、VCC和地用于編程和調(diào)試，也可以通過串口接振蕩器引腳進(jìn)行在線串行編程。

　　CS8900A片內(nèi)集成了一個(gè)10Mbps的以太網(wǎng)收發(fā)器，以及所有用于和局域網(wǎng)通信的模擬和數(shù)字電路，通過一個(gè)電磁隔離器E2023直接和局域網(wǎng)相連。RJ45為網(wǎng)絡(luò)接頭，可接10Mbps或100Mbps的網(wǎng)絡(luò)集線器。

　　需要注意的是，在PCB布線時(shí)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)不能混合，信號(hào)線不能走在CS8900A下面，輸出變壓器離RJ45盡量近，傳輸線和接收線的終端匹配電阻和電容應(yīng)盡量靠近CS8900A。

軟件設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)的軟件部分分為四部分，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的四層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層

　　數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)現(xiàn)主要由SX52BD控制網(wǎng)卡芯片CS8900來完成。系統(tǒng)工作時(shí)，SX52BD首先對網(wǎng)卡芯片進(jìn)行初始化，即寫寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，寫控制寄存器TXCMD，并將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫入TXLENG，然后將數(shù)據(jù)依次寫入PORT0口，網(wǎng)卡芯片將數(shù)據(jù)組織為鏈路層類型并添加填充位和CRC校驗(yàn)送到網(wǎng)絡(luò)。

　　網(wǎng)絡(luò)層

　　SX52BD100的協(xié)議棧中，網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)就是執(zhí)行IP協(xié)議包，在發(fā)送時(shí)，要把發(fā)送出去的消息進(jìn)行IP打包，即加上IP包頭，使之符合IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送到物理層；將接收到的來自物理層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行IP解包，即去掉包頭，送到TCP層。

　　傳輸層

　　傳輸層的實(shí)現(xiàn)，即對TCP層的實(shí)現(xiàn)。在SX52BD的協(xié)議棧中，對TCP層的編程通過TCP API（應(yīng)用程序接口）來進(jìn)行。TCP的API主要包括下面的函數(shù)和變量：

發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時(shí)，從IP層來的數(shù)據(jù)經(jīng)過狀態(tài)機(jī)去掉TCP包頭后再送到應(yīng)用層；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，狀態(tài)機(jī)在數(shù)據(jù)前面加上TCP包頭再發(fā)送到IP層。接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要用到的TCP API函數(shù)為TCPAppRxBytes()、TCPAppRxData()和TCPAppRxDone()；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要用到的TCP API函數(shù)為TCPAppTxBytes（）、TCPAppTxData（）和TCPAppTxDone（）。需要注意的是在建立了TCP連接后才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　應(yīng)用層

　　應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)，先把源文件下載到AT24C256，，SX52BD通過智能信息表來來管理AT24C256中的資源。當(dāng)一個(gè)請求到來時(shí)，一個(gè)8位的無用信息對統(tǒng)一資源定位器進(jìn)行運(yùn)算（8位字符加運(yùn)算），再將得到的數(shù)據(jù)乘以2，并把這個(gè)結(jié)果作為一個(gè)索引區(qū)中的一個(gè)值。在AT24C256中建立了查找表，憑著這個(gè)值在E2PROM中去查表，從而找到相應(yīng)的資源。

　　應(yīng)用

　　本文的英特網(wǎng)終端已應(yīng)用到高速公路導(dǎo)引系統(tǒng)中，終端將高速公路上顯業(yè)屏的信息及狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r(shí)傳送到監(jiān)測中心計(jì)算機(jī)，監(jiān)測中心軟件通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與終端進(jìn)行雙向通信。本文的終稿很好的滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。