一个双MCU机构的潜入式Internet接入服务器
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:506
嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ１是指借助于ｉｎｔｅｒｎｅｔ监视和控制工厂的机器、通信设备、数据采集系统、过程控制系统、医疗设备、机顶盒、车辆控制器、办公机械、个人数字助理(ｐｄａ)和其它设备。随着ｉｎｔｅｒｎｅｔ／ｉｎｔｒａｎｅｔ的迅猛发展，将ｉｎｔｅｒｎｅｔ延伸到８位、１６位、３２位单片机，实现基于ｉｎｔｅｒｎｅｔ的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传／下载数据文件、自动发送ｅｍａｉｌ等功能已经成为嵌入式系统发展的必然趋势。就嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统而言，实现ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信协议及其服务，同时还要控制现场设备将占用大量资源，而嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统中大量存在的是８位和１６位ｍｃｕ，这些系统在某些环境下实现上述功能将十分困难２。如果采用３２位或６４位的处理器，无疑会增加成本。为此，本文提出了一种双ｍｃｕ结构的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服务器ｄｍｃｕｅｉａｓ。其中一个ｍｃｕ作为ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器与用户交互(称作ｉｎｅｔｍｃｕ)，它支持ｔｃｐ／ｉｐ协议栈并运行ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务程序，形成一个用户可以通过浏览器进行交互的服务器；另一个ｍｃｕ专门用作设备服务器(称作ｄｅｖｍｃｕ)控制多个设备。ｉｎｅｔｍｃｕ和ｄｅｖｍｃｕ通过ｒａｃ协议实现通信，完成现场设备的控制。这样可以提高性能价格比，具有操作简便、功能易扩展等特点。
１ 硬件结构
双ｍｃｕ结构的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服务器ｄｍｃｕｅｉａｓ采用ａｔｍｅｌ公司生产的ａｔ９０ｓ８５１５at90s8515微控制器作为ｉｎｅｔｍｃｕ，采用ａｔ８９ｓ５３作为ｄｅｖｍｃｕ，系统体系结构如图１。其中，ｄｅｖｍｃｕ拥有１２ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器，２５６字节的片内ｒａｍ，３个可预分频的１６位定时器、计数器，３２位ｉ／ｏ口和一个内置的全双工ｕａｒｔ；ｉｎｅｔｍｃｕ拥有８ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器，５１２字节的片内ｅｅｐｒｏｍ，５１２字节的片内ｒａｍ，１个可预分频的８位定时器、计数器，１个可预分频、具有比较、捕捉和８／９／１０位ｐｗｍ功能的１６位定时器和计数器，用于程序下载的ｓｐｉ口，３２位ｉ／ｏ口和一个内置的全双工ｕａｒｔ。ｉｎｅｔｍｃｕ的时钟频率是８ｍｈｚ，可以高速地通过ｉｓａ口传递数据(约２ｍｂｐｓ)。通过一个时钟周期内执行一条指令，ｉｎｅｔｍｃｕ可以取得近１ｍｉｐｓ／ｍｈｚ的性能。通过在单一芯片内将一个增强性能的８位ｒｉｓｃ ｃｐｕ与可下载的ｆｌａｓｈ结合，使它非常适合多种嵌入式应用要求，具有高度灵活性和低成本的特点。ｄｍｃｕｅｉａｓ的以太网控制器采用台湾ｒｅａｌｔｅｋ公司的ｒｔｌ８０１９ａｓ１０ｍｂｐｓ。其采用全双工通信方式，使帧的发送与接收能够在一条通信线路上同时进行。使信道的带宽增加一倍，实现了基于ｉｅｅｅ８０２．３协议标准的ｍａｃ层(ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ)的所有功能。内置的双ｄｍａ通道和ｆｉｆｏ完成简单有效的包管理(数据帧的接收和发送)功能，本地ｄｍａ通道的传输速率高达１０ｍｂｐｓ。其优越的性能价格比使它非常适合嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统。
在ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｆｌａｓｈ中固化的服务程序可实现任务调度、线程支持、文件系统、内存管理、网络系统(ｔｃｐ／ｉｐ)和ｉ／ｏ管理等。通过２０位(８位ａ口，８位ｃ口，ｄ口的ｐｄ０、ｐｄ１、ｐｄ２、ｐｄ７)ｉ／ｏ口连接到廉价的ｉｓａ总线的网卡芯片ｒｔｌ８０１９ａｓrtl8019as上，能够对外(如ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的用户)提供一种通过以太网接口访问嵌入式系统的方法。ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｅｅｐｒｏｍ存储授权的用户名、密码和其固定的ｉｐ地址及ｍａｃ地址。远程用户访问ｄｍｃｕｅｉａｓ时，要比较用户名和密码，只有合法用户可以通过 ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问ｄｍｃｕｅｉａｓ。ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｒａｍ存储临时数据，同时外扩了３２ｋ字节的ｓｅｅｐｒｏｍ。它采用ａｔ２４ｃ２５６at24c256存储不同的控制网页，完成必要的文件系统功能，通过ｗｅｂ页可以实现远程用户与ｄｍｃｕｅｉａｓ的交互。ｉｎｅｔｍｃｕ用１２位(８位ｂ口作为数据口，ｄ口的ｐｄ３、ｐｄ４、ｐｄ５、ｐｄ６ 作为控制口)ｉ／ｏ口完成与ｄｅｖｍｃｕ的通信。ｄｅｖｍｃｕ的片内ｆｌａｓｈ已经固化ｄｃｘ５１嵌入式实时操作系统、通信服务和远程存取控制服务ｒａｃ，负责现场设备的控制。ｄｅｖｍｃｕ的另外１６位(８位ａ口，８位ｃ口作为数据)ｉ／ｏ口与ｉｓｐ相连，完成必要的逻辑功能，最后由ｉｓｐ的ｉｏ５６～ｉｏ６３(８位)通过功率驱动直接驱动设备。
２ 软件体系结构
２．１ ｔｃ
嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ１是指借助于ｉｎｔｅｒｎｅｔ监视和控制工厂的机器、通信设备、数据采集系统、过程控制系统、医疗设备、机顶盒、车辆控制器、办公机械、个人数字助理(ｐｄａ)和其它设备。随着ｉｎｔｅｒｎｅｔ／ｉｎｔｒａｎｅｔ的迅猛发展，将ｉｎｔｅｒｎｅｔ延伸到８位、１６位、３２位单片机，实现基于ｉｎｔｅｒｎｅｔ的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传／下载数据文件、自动发送ｅｍａｉｌ等功能已经成为嵌入式系统发展的必然趋势。就嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统而言，实现ｉｎｔｅｒｎｅｔ通信协议及其服务，同时还要控制现场设备将占用大量资源，而嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统中大量存在的是８位和１６位ｍｃｕ，这些系统在某些环境下实现上述功能将十分困难２。如果采用３２位或６４位的处理器，无疑会增加成本。为此，本文提出了一种双ｍｃｕ结构的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服务器ｄｍｃｕｅｉａｓ。其中一个ｍｃｕ作为ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器与用户交互(称作ｉｎｅｔｍｃｕ)，它支持ｔｃｐ／ｉｐ协议栈并运行ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务程序，形成一个用户可以通过浏览器进行交互的服务器；另一个ｍｃｕ专门用作设备服务器(称作ｄｅｖｍｃｕ)控制多个设备。ｉｎｅｔｍｃｕ和ｄｅｖｍｃｕ通过ｒａｃ协议实现通信，完成现场设备的控制。这样可以提高性能价格比，具有操作简便、功能易扩展等特点。
１ 硬件结构
双ｍｃｕ结构的嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入服务器ｄｍｃｕｅｉａｓ采用ａｔｍｅｌ公司生产的ａｔ９０ｓ８５１５at90s8515微控制器作为ｉｎｅｔｍｃｕ，采用ａｔ８９ｓ５３作为ｄｅｖｍｃｕ，系统体系结构如图１。其中，ｄｅｖｍｃｕ拥有１２ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器，２５６字节的片内ｒａｍ，３个可预分频的１６位定时器、计数器，３２位ｉ／ｏ口和一个内置的全双工ｕａｒｔ；ｉｎｅｔｍｃｕ拥有８ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器，５１２字节的片内ｅｅｐｒｏｍ，５１２字节的片内ｒａｍ，１个可预分频的８位定时器、计数器，１个可预分频、具有比较、捕捉和８／９／１０位ｐｗｍ功能的１６位定时器和计数器，用于程序下载的ｓｐｉ口，３２位ｉ／ｏ口和一个内置的全双工ｕａｒｔ。ｉｎｅｔｍｃｕ的时钟频率是８ｍｈｚ，可以高速地通过ｉｓａ口传递数据(约２ｍｂｐｓ)。通过一个时钟周期内执行一条指令，ｉｎｅｔｍｃｕ可以取得近１ｍｉｐｓ／ｍｈｚ的性能。通过在单一芯片内将一个增强性能的８位ｒｉｓｃ ｃｐｕ与可下载的ｆｌａｓｈ结合，使它非常适合多种嵌入式应用要求，具有高度灵活性和低成本的特点。ｄｍｃｕｅｉａｓ的以太网控制器采用台湾ｒｅａｌｔｅｋ公司的ｒｔｌ８０１９ａｓ１０ｍｂｐｓ。其采用全双工通信方式，使帧的发送与接收能够在一条通信线路上同时进行。使信道的带宽增加一倍，实现了基于ｉｅｅｅ８０２．３协议标准的ｍａｃ层(ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ)的所有功能。内置的双ｄｍａ通道和ｆｉｆｏ完成简单有效的包管理(数据帧的接收和发送)功能，本地ｄｍａ通道的传输速率高达１０ｍｂｐｓ。其优越的性能价格比使它非常适合嵌入式ｉｎｔｅｒｎｅｔ系统。
在ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｆｌａｓｈ中固化的服务程序可实现任务调度、线程支持、文件系统、内存管理、网络系统(ｔｃｐ／ｉｐ)和ｉ／ｏ管理等。通过２０位(８位ａ口，８位ｃ口，ｄ口的ｐｄ０、ｐｄ１、ｐｄ２、ｐｄ７)ｉ／ｏ口连接到廉价的ｉｓａ总线的网卡芯片ｒｔｌ８０１９ａｓrtl8019as上，能够对外(如ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的用户)提供一种通过以太网接口访问嵌入式系统的方法。ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｅｅｐｒｏｍ存储授权的用户名、密码和其固定的ｉｐ地址及ｍａｃ地址。远程用户访问ｄｍｃｕｅｉａｓ时，要比较用户名和密码，只有合法用户可以通过 ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问ｄｍｃｕｅｉａｓ。ｉｎｅｔｍｃｕ的片内ｒａｍ存储临时数据，同时外扩了３２ｋ字节的ｓｅｅｐｒｏｍ。它采用ａｔ２４ｃ２５６at24c256存储不同的控制网页，完成必要的文件系统功能，通过ｗｅｂ页可以实现远程用户与ｄｍｃｕｅｉａｓ的交互。ｉｎｅｔｍｃｕ用１２位(８位ｂ口作为数据口，ｄ口的ｐｄ３、ｐｄ４、ｐｄ５、ｐｄ６ 作为控制口)ｉ／ｏ口完成与ｄｅｖｍｃｕ的通信。ｄｅｖｍｃｕ的片内ｆｌａｓｈ已经固化ｄｃｘ５１嵌入式实时操作系统、通信服务和远程存取控制服务ｒａｃ，负责现场设备的控制。ｄｅｖｍｃｕ的另外１６位(８位ａ口，８位ｃ口作为数据)ｉ／ｏ口与ｉｓｐ相连，完成必要的逻辑功能，最后由ｉｓｐ的ｉｏ５６～ｉｏ６３(８位)通过功率驱动直接驱动设备。
２ 软件体系结构
２．１ ｔｃ
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