一個(gè)雙MCU機(jī)構(gòu)的潛入式Internet接入服務(wù)器

嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ?１?是指借助于ｉｎｔｅｒｎｅｔ監(jiān)視和控制工廠的機(jī)器、通信設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)頂盒、車輛控制器、辦公機(jī)械、個(gè)人數(shù)字助理(ｐｄａ)和其它設(shè)備。隨著ｉｎｔｅｒｎｅｔ／ｉｎｔｒａｎｅｔ的迅猛發(fā)展，將ｉｎｔｅｒｎｅｔ延伸到８位、１６位、３２位單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)基于ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)報(bào)警、上傳／下載數(shù)據(jù)文件、自動(dòng)發(fā)送ｅｍａｉｌ等功能已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。就嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信協(xié)議及其服務(wù)，同時(shí)還要控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將占用大量資源，而嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系統(tǒng)中大量存在的是８位和１６位ｍｃｕ，這些系統(tǒng)在某些環(huán)境下實(shí)現(xiàn)上述功能將十分困難?２?。如果采用３２位或６４位的處理器，無(wú)疑會(huì)增加成本。為此，本文提出了一種雙ｍｃｕ結(jié)構(gòu)的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服務(wù)器ｄｍｃｕｅｉａｓ。其中一個(gè)ｍｃｕ作為ｉｎｔｅｒｎｅｔ服務(wù)器與用戶交互(稱作ｉｎｅｔｍｃｕ)，它支持ｔｃｐ／ｉｐ協(xié)議棧并運(yùn)行ｉｎｔｅｒｎｅｔ服務(wù)程序，形成一個(gè)用戶可以通過(guò)瀏覽器進(jìn)行交互的服務(wù)器；另一個(gè)ｍｃｕ專門用作設(shè)備服務(wù)器(稱作ｄｅｖｍｃｕ)控制多個(gè)設(shè)備。ｉｎｅｔｍｃｕ和ｄｅｖｍｃｕ通過(guò)ｒａｃ協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。這樣可以提高性能價(jià)格比，具有操作簡(jiǎn)便、功能易擴(kuò)展等特點(diǎn)。

１ 硬件結(jié)構(gòu)

雙ｍｃｕ結(jié)構(gòu)的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服務(wù)器ｄｍｃｕｅｉａｓ采用ａｔｍｅｌ公司生產(chǎn)的ａｔ９０ｓ８５１５at90s8515微控制器作為ｉｎｅｔｍｃｕ，采用ａｔ８９ｓ５３作為ｄｅｖｍｃｕ，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖１。其中，ｄｅｖｍｃｕ擁有１２ｋ字節(jié)的ｆｌａｓｈ程序存儲(chǔ)器，２５６字節(jié)的片內(nèi)ｒａｍ，３個(gè)可預(yù)分頻的１６位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，３２位ｉ／ｏ口和一個(gè)內(nèi)置的全雙工ｕａｒｔ；ｉｎｅｔｍｃｕ擁有８ｋ字節(jié)的ｆｌａｓｈ程序存儲(chǔ)器，５１２字節(jié)的片內(nèi)ｅｅｐｒｏｍ，５１２字節(jié)的片內(nèi)ｒａｍ，１個(gè)可預(yù)分頻的８位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，１個(gè)可預(yù)分頻、具有比較、捕捉和８／９／１０位ｐｗｍ功能的１６位定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，用于程序下載的ｓｐｉ口，３２位ｉ／ｏ口和一個(gè)內(nèi)置的全雙工ｕａｒｔ。ｉｎｅｔｍｃｕ的時(shí)鐘頻率是８ｍｈｚ，可以高速地通過(guò)ｉｓａ口傳遞數(shù)據(jù)(約２ｍｂｐｓ)。通過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，ｉｎｅｔｍｃｕ可以取得近１ｍｉｐｓ／ｍｈｚ的性能。通過(guò)在單一芯片內(nèi)將一個(gè)增強(qiáng)性能的８位ｒｉｓｃ ｃｐｕ與可下載的ｆｌａｓｈ結(jié)合，使它非常適合多種嵌入式應(yīng)用要求，具有高度靈活性和低成本的特點(diǎn)。ｄｍｃｕｅｉａｓ的以太網(wǎng)控制器采用臺(tái)灣ｒｅａｌｔｅｋ公司的ｒｔｌ８０１９ａｓ?１０ｍｂｐｓ?。其采用全雙工通信方式，使幀的發(fā)送與接收能夠在一條通信線路上同時(shí)進(jìn)行。使信道的帶寬增加一倍，實(shí)現(xiàn)了基于ｉｅｅｅ８０２．３協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的ｍａｃ層(ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ)的所有功能。內(nèi)置的雙ｄｍａ通道和ｆｉｆｏ完成簡(jiǎn)單有效的包管理(數(shù)據(jù)幀的接收和發(fā)送)功能，本地ｄｍａ通道的傳輸速率高達(dá)１０ｍｂｐｓ。其優(yōu)越的性能價(jià)格比使它非常適合嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系統(tǒng)。

在ｉｎｅｔｍｃｕ的片內(nèi)ｆｌａｓｈ中固化的服務(wù)程序可實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、線程支持、文件系統(tǒng)、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ｔｃｐ／ｉｐ)和ｉ／ｏ管理等。通過(guò)２０位(８位ａ口，８位ｃ口，ｄ口的ｐｄ０、ｐｄ１、ｐｄ２、ｐｄ７)ｉ／ｏ口連接到廉價(jià)的ｉｓａ總線的網(wǎng)卡芯片ｒｔｌ８０１９ａｓrtl8019as上，能夠?qū)ν?如ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的用戶)提供一種通過(guò)以太網(wǎng)接口訪問(wèn)嵌入式系統(tǒng)的方法。ｉｎｅｔｍｃｕ的片內(nèi)ｅｅｐｒｏｍ存儲(chǔ)授權(quán)的用戶名、密碼和其固定的ｉｐ地址及ｍａｃ地址。遠(yuǎn)程用戶訪問(wèn)ｄｍｃｕｅｉａｓ時(shí)，要比較用戶名和密碼，只有合法用戶可以通過(guò) ｉｎｔｅｒｎｅｔ訪問(wèn)ｄｍｃｕｅｉａｓ。ｉｎｅｔｍｃｕ的片內(nèi)ｒａｍ存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)外擴(kuò)了３２ｋ字節(jié)的ｓｅｅｐｒｏｍ。它采用ａｔ２４ｃ２５６at24c256存儲(chǔ)不同的控制網(wǎng)頁(yè)，完成必要的文件系統(tǒng)功能，通過(guò)ｗｅｂ頁(yè)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶與ｄｍｃｕｅｉａｓ的交互。ｉｎｅｔｍｃｕ用１２位(８位ｂ口作為數(shù)據(jù)口，ｄ口的ｐｄ３、ｐｄ４、ｐｄ５、ｐｄ６ 作為控制口)ｉ／ｏ口完成與ｄｅｖｍｃｕ的通信。ｄｅｖｍｃｕ的片內(nèi)ｆｌａｓｈ已經(jīng)固化ｄｃｘ５１嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、通信服務(wù)和遠(yuǎn)程存取控制服務(wù)?ｒａｃ?，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。ｄｅｖｍｃｕ的另外１６位(８位ａ口，８位ｃ口作為數(shù)據(jù))ｉ／ｏ口與ｉｓｐ相連，完成必要的邏輯功能，最后由ｉｓｐ的ｉｏ５６～ｉｏ６３(８位)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

２ 軟件體系結(jié)構(gòu)

２．１ ｔｃ