基于AVR單片機的嵌入式“瘦服務器”系統(tǒng)設計思想

1 引言

       21世紀，計算機的發(fā)展進入了一個充滿機遇的階段——后PC時代。繼PC機之后,形式多樣的數(shù)字化產(chǎn)品已經(jīng)開始成為信息處理的一大主要工具，并且正在逐步形成一個充滿商機的巨大產(chǎn)業(yè)。后PC時代的到來，使得人們開始越來越多地接觸到一個新的概念——嵌入式產(chǎn)品。像手機、PDA（如商務通）等均屬于手持的嵌入式產(chǎn)品，VCD機、機頂盒等也屬于嵌入式產(chǎn)品，而像車載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機床、網(wǎng)絡冰箱等同樣都采用嵌入式系統(tǒng)。形式多樣的數(shù)字化設備正努力把Internet連接到人們生活的各個角落，這意味著，中國數(shù)字化設備的潛在消費者數(shù)量將以億為單位。嵌入式瘦服務器是嵌入式Internet時代的關鍵和核心技術(shù)之一，如果說PC機的發(fā)展帶動了整個桌面系統(tǒng)的發(fā)展，那么，嵌入式瘦服務器的普及必將為嵌入式Internet產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無窮的推動力。

       中國擁有世界上最大的家用電子產(chǎn)品消費市場， 
彩電、VCD等的擁有量都居世界第一，隨著消費結(jié)構(gòu)的改變，人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求，這些只能通過家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡化來實現(xiàn)。同時，現(xiàn)代化的醫(yī)療、測控儀器和機電產(chǎn)品也需要有專用的嵌入式瘦服務器的支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式服務器的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進程。

       信息電器是指所有能提供信息服務或通過網(wǎng)絡系統(tǒng)交互信息的消費類電子產(chǎn)品，它具有典型信息服務功能，如：網(wǎng)絡瀏覽、視頻點播、文字處理、電子郵件、個人事物管理等，又應該簡單易用、價格低廉、維護簡便。

       家用電器向數(shù)字化和網(wǎng)絡化發(fā)展，電視機、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入單片微處理機，并通過家庭控制中心與Internet連接，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡家電。據(jù)估計，信息家電（網(wǎng)絡冰箱、機頂盒、家庭網(wǎng)關、數(shù)字機頂盒等）未來十年間總量可達到1億～1.5億臺，總市場需求將達到900億～1500億元。

       未來的智能化家庭要求有能和Internet連接的控制設備。本文討論的“嵌入式瘦服務器”提供了完備的TCP/IP支持和以太網(wǎng)接口?？梢园褦?shù)字化家電接入Internet，并提供遠程訪問和控制網(wǎng)頁。

 2 什么是“瘦服務器”

       將完整的TCP/IP等網(wǎng)絡協(xié)議嵌入單片機系統(tǒng)，使單片機系統(tǒng)能夠完成服務器的基本功能，相對于正規(guī)的大型而完備的服務器，此單片機系統(tǒng)軟、硬件上都為小型，但是具備基本的組件，故稱“瘦服務器”。本文的主要內(nèi)容為：以AVR單片機為主控CPU芯片，提供“瘦服務器”的軟件、硬件的組成框圖。

       該“瘦服務器”的應用前途廣泛，可以應用于各行各業(yè)的Internet遠端監(jiān)控系統(tǒng)中。主要應用于：(1)網(wǎng)絡家電產(chǎn)品,通過該系統(tǒng)把數(shù)字化家電直接接入Internet網(wǎng)絡，組成intelligentizedhome;(2)城市網(wǎng)絡自動售貨機;(3)城市交通Internet監(jiān)控;(4)樓宇防火防盜Internet監(jiān)控;(5)工廠生產(chǎn)設備Internet監(jiān)控。應用實例如圖1所示。

3 硬件框圖和軟件框圖

       此系統(tǒng)的硬件主要包括：主控CPU，以太網(wǎng)接口芯片，網(wǎng)頁存儲器和其它輔助電路。軟件包括：網(wǎng)絡協(xié)議軟件和應用層軟件。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口芯片接入Internet，用戶通過接入Internet的遠端PC、遠程IE瀏覽器，輸入該系統(tǒng)所配的IP網(wǎng)址，即可通過Internet向此“瘦服務器”發(fā)送一個請求網(wǎng)頁備份的命令?！笆莘掌鳌笔盏皆撁?，即將應用網(wǎng)頁的備份發(fā)至請求PC機端，并在IE瀏覽器上打開。此時，用戶在打開的網(wǎng)頁上填寫各種控制參數(shù)和控制命令，完畢后提交?！笆莘掌鳌毕到y(tǒng)收到所有參數(shù)命令后，進行相應的處理，通過單片機I/O來操縱連接到單片機的各種設備，同時將所得到的數(shù)據(jù)回傳至遠端用戶PC機上，以曲線表格等形式顯示。

　　本課題以Atmel公司的CPU、以太網(wǎng)接口芯片、網(wǎng)頁存儲器和相關芯片為硬件基礎，自主開發(fā)TCP/IP相關組件及C語言代碼和智能家庭控制網(wǎng)頁。硬件部分的設計分為：主控單片機硬件設計，以太網(wǎng)接口芯片硬件設計，網(wǎng)頁存儲器硬件設計，其它輔助電路設計。

       為了保證運行速度和系統(tǒng)處理信息容量，綜合其它因素，選定Atmel公司的ATmega103為主控單片機，其運行速度比51系列快20倍，內(nèi)有64KRAM和128KROM。以太網(wǎng)接口芯片采用Crystal公司的CS8900,其處理速度、容量等性能都比較適合本系統(tǒng)。網(wǎng)頁存儲器采用Atmel公司的AT45D021 / Dataflash，其存儲容量達2Mbyte。外擴SRAM采用ASTC256。

       其它輔助電路設計，采用FPGA應用技術(shù)加以集成，采用Atmel公司的大規(guī)?？删幊碳呻娐沸酒珹TF1502AS。硬件框架圖如圖2所示，嵌入軟件方案圖如圖3所示。全套嵌入軟件，在AVR單片機仿真機上開發(fā)，開發(fā)語言采用C51。

　
  
 4 結(jié)束語

       本文以ATMEGA103為主控CPU，提供了一種嵌入式"瘦服務器"的設計思路。嵌入式“瘦服務器”有廣闊的發(fā)展前景，愿本文提供的設計思路能起到拋磚引玉的作用。