基于AVR單片機(jī)的嵌入式“瘦服務(wù)器”系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

1 引言
       
21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)充滿(mǎn)機(jī)遇的階段——后PC時(shí)代。繼PC機(jī)之后,形式多樣的數(shù)字化產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始成為信息處理的一大主要工具，并且正在逐步形成一個(gè)充滿(mǎn)商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。后PC時(shí)代的到來(lái)，使得人們開(kāi)始越來(lái)越多地接觸到一個(gè)新的概念——嵌入式產(chǎn)品。像手機(jī)、PDA（如商務(wù)通）等均屬于手持的嵌入式產(chǎn)品，VCD機(jī)、機(jī)頂盒等也屬于嵌入式產(chǎn)品，而像車(chē)載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)冰箱等同樣都采用嵌入式系統(tǒng)。形式多樣的數(shù)字化設(shè)備正努力把Internet連接到人們生活的各個(gè)角落，這意味著，中國(guó)數(shù)字化設(shè)備的潛在消費(fèi)者數(shù)量將以?xún)|為單位。嵌入式瘦服務(wù)器是嵌入式Internet時(shí)代的關(guān)鍵和核心技術(shù)之一，如果說(shuō)PC機(jī)的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)桌面系統(tǒng)的發(fā)展，那么，嵌入式瘦服務(wù)器的普及必將為嵌入式Internet產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無(wú)窮的推動(dòng)力。
       
中國(guó)擁有世界上最大的家用電子產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)，彩電、VCD等的擁有量都居世界第一，隨著消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，人們對(duì)家電的靈活性和可控性提出了更高的要求，這些只能通過(guò)家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，現(xiàn)代化的醫(yī)療、測(cè)控儀器和機(jī)電產(chǎn)品也需要有專(zhuān)用的嵌入式瘦服務(wù)器的支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式服務(wù)器的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
       
信息電器是指所有能提供信息服務(wù)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，它具有典型信息服務(wù)功能，如：網(wǎng)絡(luò)瀏覽、視頻點(diǎn)播、文字處理、電子郵件、個(gè)人事物管理等，又應(yīng)該簡(jiǎn)單易用、價(jià)格低廉、維護(hù)簡(jiǎn)便。
       
家用電器向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、冰箱、微波爐、電話(huà)等都將嵌入單片微處理機(jī)，并通過(guò)家庭控制中心與Internet連接，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)家電。據(jù)估計(jì)，信息家電（網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒、家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)字機(jī)頂盒等）未來(lái)十年間總量可達(dá)到1億～1.5億臺(tái)，總市場(chǎng)需求將達(dá)到900億～1500億元。
       
未來(lái)的智能化家庭要求有能和Internet連接的控制設(shè)備。本文討論的“嵌入式瘦服務(wù)器”提供了完備的TCP/IP支持和以太網(wǎng)接口。可以把數(shù)字化家電接入Internet，并提供遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和控制網(wǎng)頁(yè)。

2 什么是“瘦服務(wù)器”
       
將完整的TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議嵌入單片機(jī)系統(tǒng)，使單片機(jī)系統(tǒng)能夠完成服務(wù)器的基本功能，相對(duì)于正規(guī)的大型而完備的服務(wù)器，此單片機(jī)系統(tǒng)軟、硬件上都為小型，但是具備基本的組件，故稱(chēng)“瘦服務(wù)器”。本文的主要內(nèi)容為：以AVR單片機(jī)為主控CPU芯片，提供“瘦服務(wù)器”的軟件、硬件的組成框圖。
       
該“瘦服務(wù)器”的應(yīng)用前途廣泛，可以應(yīng)用于各行各業(yè)的Internet遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)中。主要應(yīng)用于：(1)網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品,通過(guò)該系統(tǒng)把數(shù)字化家電直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)，組成intelligentizedhome;(2)城市網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)售貨機(jī);(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(shè)備Internet監(jiān)控。應(yīng)用實(shí)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(yè)存儲(chǔ)器和其它輔助電路。軟件包括：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件和應(yīng)用層軟件。該系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接口芯片接入Internet，用戶(hù)通過(guò)接入Internet的遠(yuǎn)端PC、遠(yuǎn)程IE瀏覽器，輸入該系統(tǒng)所配的IP網(wǎng)址，即可通過(guò)Internet向此“瘦服務(wù)器”發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求網(wǎng)頁(yè)備份的命令。“瘦服務(wù)器”收到該命令，即將應(yīng)用網(wǎng)頁(yè)的備份發(fā)至請(qǐng)求PC機(jī)端，并在IE瀏覽器上打開(kāi)。此時(shí)，用戶(hù)在打開(kāi)的網(wǎng)頁(yè)上填寫(xiě)各種控制參數(shù)和控制命令，完畢后提交。“瘦服務(wù)器”系統(tǒng)收到所有參數(shù)命令后，進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過(guò)單片機(jī)I/O來(lái)操縱連接到單片機(jī)的各種設(shè)備，同時(shí)將所得到的數(shù)據(jù)回傳至遠(yuǎn)端用戶(hù)PC機(jī)上，以曲線(xiàn)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(yè)存儲(chǔ)器和相關(guān)芯片為硬件基礎(chǔ)，自主開(kāi)發(fā)TCP/IP相關(guān)組件及C語(yǔ)言代碼和智能家庭控制網(wǎng)頁(yè)。硬件部分的設(shè)計(jì)分為：主控單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)，以太網(wǎng)接口芯片硬件設(shè)計(jì)，網(wǎng)頁(yè)存儲(chǔ)器硬件設(shè)計(jì)，其它輔助電路設(shè)計(jì)。
       
為了保證運(yùn)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(jī)，其運(yùn)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(yè)存儲(chǔ)器采用Atmel公司的AT45D021 / Dataflash，其存儲(chǔ)容量達(dá)2Mbyte。外擴(kuò)SRAM采用ASTC256。
       
其它輔助電路設(shè)計(jì)，采用FPGA應(yīng)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(jī)仿真機(jī)上開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用C51。


　

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以ATMEGA103為主控CPU，提供了一種嵌入式瘦服務(wù)器的設(shè)計(jì)思路。嵌入式“瘦服務(wù)器”有廣闊的發(fā)展前景，愿本文提供的設(shè)計(jì)思路能起到拋磚引玉的作用。