基于SX52BD單片機(jī)的以太網(wǎng)控制應(yīng)用

1引言 隨著internet應(yīng)用日益普及，信息共享的程度不斷提高，如何通過internet共享以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為中心的小型嵌入式設(shè)備的信息，成為當(dāng)今電子界的熱門話題。傳統(tǒng)的internet應(yīng)用是以pc為中心，現(xiàn)在的internet應(yīng)用正在轉(zhuǎn)到以嵌入式設(shè)備為中心。據(jù)網(wǎng)絡(luò)專家預(yù)測(cè)，將來在internet上傳輸?shù)男畔⒅?，?0%的是來自小型嵌入式系統(tǒng) [1]。 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)是如何利用單片機(jī)本身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行tcp/ip協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)膇p數(shù)據(jù)包。從解決這個(gè)技術(shù)問題出發(fā)，目前普遍存在以下兩種方案 [2]： （1）“pc網(wǎng)關(guān)＋專用網(wǎng)”方案：采用專用網(wǎng)絡(luò)（如rs232，rs485，can bus等）把一小批單片機(jī)連接在一起，然后再將專用網(wǎng)絡(luò)接到一臺(tái) pc上。這臺(tái)pc起網(wǎng)關(guān)的作用，將專用網(wǎng)絡(luò)上的信息轉(zhuǎn)換為tcp/ip協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息共享。這個(gè)方案可以連接多種單片機(jī)，但存在以下缺點(diǎn)：它依賴pc機(jī)作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換在多個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)分散的情況下，專用網(wǎng)絡(luò)布線極為不便；需要在pc機(jī)上安裝專門的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，而這些軟件通常是由第三方軟件商提供，費(fèi)用較高。 （2）“32位mcu+rtos”方案：采用32位高檔單片機(jī)，在rtos（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）的平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)tcp/ip 的協(xié)議處理。由于采用高檔單片機(jī)，這個(gè)方案可以完成很多復(fù)雜的功能。它的缺點(diǎn)是：高檔單片機(jī)價(jià)格較高，開發(fā)周期較長(zhǎng)；并需要購買昂貴的rtos開發(fā)軟件，對(duì)開發(fā)人員的開發(fā)能力要求較高。 鑒于上述兩種方案的缺點(diǎn)，提出了“mcu+虛擬軟件包”的方案，即采用ubicom公司的8位超高速單片機(jī)sx52bd，通過用軟件固化tcp/ip協(xié)議來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入功能。由于sx52bd單片機(jī)的速度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，可以在 mcu執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時(shí)把數(shù)據(jù)打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。其優(yōu)點(diǎn)很明顯：用8位微控制器通過isp接入互聯(lián)網(wǎng)，不需要使用pc機(jī)或高檔單片機(jī)；硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低；由于ubicom公司免費(fèi)提供用于互聯(lián)網(wǎng)處理的軟件模塊，可以大幅度的縮短開發(fā)周期并降低開發(fā)成本。 2 具體應(yīng)用方案 2.1 基于sx52bd的web服務(wù)器方案
基于sx52bd的web服務(wù)器的硬件平臺(tái)如圖1
2.2 主要芯片介紹
（1）sx52bd：sx52bd 是ubicom公司生產(chǎn)的一款risc指令集的單片機(jī)，片上帶有4k×16 位的flash存儲(chǔ)器和256×12位的sram，具有在線系統(tǒng)編程調(diào)試功能。由于采用cpu并行流水線方式及單時(shí)鐘周期指令，在50mhz晶振驅(qū)動(dòng)下指令執(zhí)行速度可達(dá)50mips。該單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是虛擬外設(shè)功能，即cpu通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通i/o口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能（如uart、i 2c、spi、caller id、fsk等）。 （2）rtl8019as：rtl8019as是realtek公司生產(chǎn)的一種全雙工以太網(wǎng)控制器。它內(nèi)置16kb的sram，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10mbps的速率，支持ethernet ii和ieee802.3、 10base5、10base2、10baset。 （3）at24c256：at24lc256是atmel公司生產(chǎn)的一種串行256kb的 eeprom存儲(chǔ)器，采用cmos工藝，通過2根數(shù)據(jù)線和外界通信，兼容i 2c總線接口，可分別設(shè)為硬件和軟件寫保護(hù)，10萬次的擦寫，40年以上的數(shù)據(jù)保護(hù)。在此方案，主要用來存儲(chǔ)web服務(wù)器的網(wǎng)頁信息，它可以處理web頁面、圖象文件、pdf文檔記憶其他文件。 2.3 internet協(xié)議棧internet協(xié)議棧是sx52bd虛擬外設(shè)的一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)，是基于 sx52bd的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與internet互聯(lián)的基礎(chǔ)。sx52bd可以運(yùn)行流行的各種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧，如http、smtp、pop3、tcp、udp、icmp、ip及ppp，還可以實(shí)現(xiàn)ethernet （ieee802.3）協(xié)議。 由于以太網(wǎng)作為物理非常普及，目前大部分的局域網(wǎng)都使用以太網(wǎng)。圖2所示為用匯編語言實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)協(xié)議棧 [3,4]，即 tcp/ip軟件的四層抽象分層：最底層，是專門用來傳輸ip包的物理層，即 nic設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；向上一層，是網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)上的端到端傳輸；再向上，是我們熟悉的 tcp，udp的傳輸層，一般的應(yīng)用程序都是建立在傳輸層上的，例如web服務(wù)、簡(jiǎn)單郵件服務(wù)；在應(yīng)用層，用戶可以選擇http，smtp，dhtp中的任意一種作為單片機(jī)系統(tǒng)與internet遠(yuǎn)程管理終端之間的通信協(xié)議，例如，用http 協(xié)議可以構(gòu)造web服務(wù)器，用smtp協(xié)議可以構(gòu)造郵件服務(wù)的客戶端。
對(duì)應(yīng)圖1所示的硬件平臺(tái)，其運(yùn)行的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下：應(yīng)用層 http；傳輸層 tcp；網(wǎng)絡(luò)層 ip/icmp；物理層 ethernet nic driver。 2.4 工作流程和軟件設(shè)計(jì)