种嵌入式WEB服务器的设计与实现
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:390
关键词：web服务器 以太网 can总线
在企业自动化的工业现场，下层车间的监测设备之间都是采用现场总线相互连接，而企业的管理层和生产监控层都是连于以太网的pc，甚至是位于异地的连于互连网上的pc。为了使工业现场的现场总线上的设备和管理监控层之间的pc能够通信，同时改善故障检测和设备维护的远程访问能力，笔者在can总线网与以太网的互连系统中设计了一个嵌入式web服务器。
1 嵌入式web服务器硬件设计
通常嵌入式系统硬件包括微控制器、存储器及外设器件和i／o端口等，其核心是嵌入式微控制器。为适应上网需求，嵌入式微控制器不仅要具有传统的控制功能，还要具有与因特网连接的功能。而ubicom公司的sx52芯片能比较容易实现tcp／ip协议，选择它作为微控制器。关于传输媒质，采用最常用的连接模式即通过以太网连接internet，利用网络接口控制器rtl8019as实现数据链路层协议。rtl8019as采用台湾realtek公司生产的rtl8019as芯片。
嵌入式web服务器硬件结构框图如图1所示。
嵌入式web服务器用sx52微控制器作为处理器，以太网驱动芯片rtl8019as经耦合隔离滤波器hr61101g和rj45接口接入以太网，配有rs232和can总线两个扩展接口，可以将具有rs232接口的设备或采用can总线协议通信的设备连到以太网上。rs232接口采用max232cpe芯片，can总线控制器采用philips公司的sjal000芯片，can收发器采用philips公司的pca82c250。
数据的流向为：请求和控制信息从局域网中来，通过nj45送到rtl8019as，rtl8019as负责将以太网帧的首部和尾部信息剥离，将处理后的数据包送入sx52的tcp／ip协议栈，由协议栈对数据包进行解析，得到原始的请求和控制信息。请求和控制信息再经过sjal000进行can协议格式的数据封装，再与现场的can总线设备进行通信。请求和控制的回复信息到局域网的过程正好相反。
在嵌入式web服务器的硬件设计中，在确保通信功能顺利实现的同时，充分利用了sx52芯片i／o口灵活配置的特点，最大程度地节约了微控制器sx52的硬件资源。
1．1 rtl8019as驱动程序实现
rtls019as是台湾realtek公司制造的一种高集成度的全双工10mbps以太网控制芯片，实现了基于ethernet协议的mac层的全部功能，内置16kb的sram、双dma通道和fifo完成数据包的接收和发送功能。在网关设计中，使用跳线模式(jp置为高)来硬配置rtls019as为8位模式；使用了rtl8019的低五位地址线a0～a4以及低8位数据线d0～d7。为满足rtl8019as的isa时序，rtl8019as高端地址a5～a19须设置为0x300。sx52的b口的b0～b4脚作为地址线连接rtl8019as的低5位地址线，b5～b7作为控制线分别连接读写时序控制脚iorb、iowb、iochrdy；c口作为数据线连接rtls019as的低8位数据线；a口保留，用作日后扩展。设计中采用at24c64这样一个8kb的eeprom来保存web服务器的配置信息，如网关ip地址、mac地址和sjal000的id网络标示符、网络掩码amr和总线定时(btr0、btr1)等。这样就能够灵活方便地修改网关参数，适应不同环境，同时也考虑到以后的扩展。
要实现嵌入式web服务器接入以太网，就要对rtl8019as进行编程，完成以太网帧的数据收发，相当于实现pc机中网卡的驱动程序功能。首先要对rtl8019as进行复位，并将其设置为跳线模式；然后对rtl8019as的工作参数进行设置，以使其开始工作；接下来读写rtl8019as的ram以完成数据包的接收和发送。程序流程如图3所示。
1．2 tcp／ip协议栈的实现
并不是所有的协议在嵌入式web服务器中都要实现，应根据项目要求有选择地加以实现。以太网数据的传输采用mac地址来识别，而arp协议提供ip地址和数据链路层使用的mac地址之间的转换功能，为了保证系统在以太网的通信，首先要实现arp协议；由于嵌入式web服务器要能在internet上通信，在网络层一定要实现ip协议，还要实现能报告数据传送差错等情况的icmp协议；在应用层，主要实现远端主机通过浏览器的访问控制方式，所以要实现http协议。而http协议是基于tcp协议实现传输的，加上tcp协
关键词：web服务器 以太网 can总线
在企业自动化的工业现场，下层车间的监测设备之间都是采用现场总线相互连接，而企业的管理层和生产监控层都是连于以太网的pc，甚至是位于异地的连于互连网上的pc。为了使工业现场的现场总线上的设备和管理监控层之间的pc能够通信，同时改善故障检测和设备维护的远程访问能力，笔者在can总线网与以太网的互连系统中设计了一个嵌入式web服务器。
1 嵌入式web服务器硬件设计
通常嵌入式系统硬件包括微控制器、存储器及外设器件和i／o端口等，其核心是嵌入式微控制器。为适应上网需求，嵌入式微控制器不仅要具有传统的控制功能，还要具有与因特网连接的功能。而ubicom公司的sx52芯片能比较容易实现tcp／ip协议，选择它作为微控制器。关于传输媒质，采用最常用的连接模式即通过以太网连接internet，利用网络接口控制器rtl8019as实现数据链路层协议。rtl8019as采用台湾realtek公司生产的rtl8019as芯片。
嵌入式web服务器硬件结构框图如图1所示。
嵌入式web服务器用sx52微控制器作为处理器，以太网驱动芯片rtl8019as经耦合隔离滤波器hr61101g和rj45接口接入以太网，配有rs232和can总线两个扩展接口，可以将具有rs232接口的设备或采用can总线协议通信的设备连到以太网上。rs232接口采用max232cpe芯片，can总线控制器采用philips公司的sjal000芯片，can收发器采用philips公司的pca82c250。
数据的流向为：请求和控制信息从局域网中来，通过nj45送到rtl8019as，rtl8019as负责将以太网帧的首部和尾部信息剥离，将处理后的数据包送入sx52的tcp／ip协议栈，由协议栈对数据包进行解析，得到原始的请求和控制信息。请求和控制信息再经过sjal000进行can协议格式的数据封装，再与现场的can总线设备进行通信。请求和控制的回复信息到局域网的过程正好相反。
在嵌入式web服务器的硬件设计中，在确保通信功能顺利实现的同时，充分利用了sx52芯片i／o口灵活配置的特点，最大程度地节约了微控制器sx52的硬件资源。
1．1 rtl8019as驱动程序实现
rtls019as是台湾realtek公司制造的一种高集成度的全双工10mbps以太网控制芯片，实现了基于ethernet协议的mac层的全部功能，内置16kb的sram、双dma通道和fifo完成数据包的接收和发送功能。在网关设计中，使用跳线模式(jp置为高)来硬配置rtls019as为8位模式；使用了rtl8019的低五位地址线a0～a4以及低8位数据线d0～d7。为满足rtl8019as的isa时序，rtl8019as高端地址a5～a19须设置为0x300。sx52的b口的b0～b4脚作为地址线连接rtl8019as的低5位地址线，b5～b7作为控制线分别连接读写时序控制脚iorb、iowb、iochrdy；c口作为数据线连接rtls019as的低8位数据线；a口保留，用作日后扩展。设计中采用at24c64这样一个8kb的eeprom来保存web服务器的配置信息，如网关ip地址、mac地址和sjal000的id网络标示符、网络掩码amr和总线定时(btr0、btr1)等。这样就能够灵活方便地修改网关参数，适应不同环境，同时也考虑到以后的扩展。
要实现嵌入式web服务器接入以太网，就要对rtl8019as进行编程，完成以太网帧的数据收发，相当于实现pc机中网卡的驱动程序功能。首先要对rtl8019as进行复位，并将其设置为跳线模式；然后对rtl8019as的工作参数进行设置，以使其开始工作；接下来读写rtl8019as的ram以完成数据包的接收和发送。程序流程如图3所示。
1．2 tcp／ip协议栈的实现
并不是所有的协议在嵌入式web服务器中都要实现，应根据项目要求有选择地加以实现。以太网数据的传输采用mac地址来识别，而arp协议提供ip地址和数据链路层使用的mac地址之间的转换功能，为了保证系统在以太网的通信，首先要实现arp协议；由于嵌入式web服务器要能在internet上通信，在网络层一定要实现ip协议，还要实现能报告数据传送差错等情况的icmp协议；在应用层，主要实现远端主机通过浏览器的访问控制方式，所以要实现http协议。而http协议是基于tcp协议实现传输的，加上tcp协
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