基于AVR单片机的多任务嵌入式Internet系统设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:365

作者：魏强李欣

1 引言

目前，嵌入式系统已经广泛渗透到人们的工作、生活中。从家用电器、信息终端、手持通信设备到仪器仪表、制造工业、过程控制等领域，嵌入式设备已随处可见。另一方面，近几年来internet技术的飞速发展给嵌入式应用带来了新的契机，在未来嵌入式系统中应用internet技术具有很大的优势。

目前嵌入式internet技术的实现主要有下面三种方式：

第一种方式是emit技术，采用支持tcp/ip协议的高性能服务器作为网关（emgateway）, 嵌入式设备通过rs-232、rs-485或者can总线等与网关服务器连接，间接通过服务器网关连接internet。经过多年的发展emit技术已经在工业设备的网络化中得到了广泛的应用。但该技术也存在着以下的缺点：由于需要使用高性能的网关服务器，再加上emgateway网关的使用需要缴纳相应的版税，从而使得成本很高；而且网关和设备之间需要专门布线，在嵌入式设备比较分散的情况下极为不便，通信的距离、速度都受到一定的限制。

第二种方式是采用硬件协议栈芯片进行网络连接，比如seiko公司的s7600，嵌入式mcu通过接口对其进行控制以达到internet通信的目的，这时软件只需要增加一段和协议栈芯片通信的接口程序即可，因此开发难度小、周期短。其缺点是系统的硬件成本非常高，而且由于使用的是硬件协议栈，扩展不灵活。

第三种方式是在嵌入式mcu上用软件实现tcp/ip协议栈，然后通过网络接口芯片连接internet。在这种方式中由于使用了软件协议栈使得嵌入式mcu本身具有了internet通信能力，从而省去了高性能网关和硬件协议栈芯片，因此成本非常低，而且扩展起来非常方便灵活，再配上小型嵌入式实时操作系统的支持，就可以实现性价比很高的嵌入式多任务internet平台。但是要在资源有限的16位甚至8位单片机上实现复杂的操作系统和网络协议栈有一定难度，但近年来随着单片机处理速度的不断提高和内部资源的不断扩展，再加上小型的实时操作系统和网络协议栈的相继推出，使得利用单片机来实现低成本嵌入式多任务网络平台成为可能。

基于以上背景，本文就来介绍应用在研究课题“低码率视频信号的网络传输”系统中的一种基于avr单片机的多任务嵌入式网络系统软硬件平台的设计。

2 硬件平台设计

考虑到以太网接入方式技术成熟、可靠性高、通信速度快和成本低的优点，本系统的硬件平台采用单片机加以太网接口控制芯片组成。由于操作系统和协议栈需要用到大量的数据存储器，因此需要外扩ram存储器。为了提高通信性能，单片机与以太网接口芯片之间采用并行总线扩展方式进行连接，接口芯片和外部的ram存储器统一编址。本系统采用了可编程gal器件atf16v8进行地址译码，这样不仅可以充分利用地址资源，而且只需要修改atf16v8的源程序即可实现地址的改变，提高了系统的扩展能力。系统的硬件平台的原理框图如图1所示。

图1：硬件平台系统框图

单片机选用高性能的avr单片机atmega128。avr是atmel公司结合了成熟的51系列和pic系列单片机的优点而推出的高性能8位单片机，具有以下特点：

性价比高： avr单片机内部集成了8路10位的adc、pwm、e2prom、wdt、rtc等，具有了片上系统（soc）的雏形，大幅度降低了系统的整体体积和成本。

速度快：avr单片机采用了先进的risc体系架构，大多数指令可以在一个时钟周期内完成，理论上速度可以达到1mips/mhz。而且具有只需要两个时钟周期的硬件乘法器。