基于單片機的嵌入式WebServer技術(shù)解析

引言

利用8位微控制器通過ISP（Internet服務(wù)供應(yīng)商），在不需要使用PC機或高檔單片機的情況下接入互聯(lián)網(wǎng)。隨著嵌入式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展和IA（信息電器）的出現(xiàn)，該應(yīng)用系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)的以PC為中心的應(yīng)用，成為未來Internet發(fā)展中的主力軍；將會廣泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)、工業(yè)智能化從站系統(tǒng)、LED 網(wǎng)絡(luò)控制顯示屏系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全加密系統(tǒng)等各個方面。

利用單片機實現(xiàn)嵌入式WebServer方案的主要技術(shù)難點是：如何利用單片機本身有限的資源對信息進行HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP及PPP等協(xié)議的處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包以及可以在內(nèi)置Web頁上瀏覽的數(shù)據(jù)。

1應(yīng)用方案

1.1方案簡介

利用單片機實現(xiàn)嵌入式WebServer，大體可有以下三種形式：

①MCU+專用網(wǎng)絡(luò)芯片，如E1552、Webchip PS2000等。此種方案的主要優(yōu)點是：應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計工程師完全不必考慮任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只需要解

釋并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)芯片傳送過來的指令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接。

②EMIT技術(shù)。EMIT采用桌面計算機或高性能的嵌入式處理器作為網(wǎng)關(guān)，稱為emGateway，上面支持TCP/IP協(xié)議并運行HTTP服務(wù)程序，形成一個用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行遠程訪問的服務(wù)器。emGateway通過RS232、RS485、CAN等輕量級總線與外設(shè)聯(lián)系起來，每個外設(shè)的應(yīng)用程序中包含一個獨立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中；同時emMicro還可以解釋emGateway的命令，修改設(shè)備中的變量或進行某種控制。該方案中復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機上實現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只處理較簡單的emNet協(xié)議，進行網(wǎng)際連接。

③MCU直接實現(xiàn)形式。實現(xiàn)該形式的Web Server，可選用多種型號的MCU來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如AT89C8252、SX52BD100等，并可根據(jù)具體要求選用不同速度的MCU作為核心芯片，但是基本硬件結(jié)構(gòu)大致相同。

顯然以上方案中，以“MCU直接實現(xiàn)形式”的硬件結(jié)構(gòu)最為簡潔，不失為首選方案。下面就詳細論述之。

1.2硬件平臺

MCU直接實現(xiàn)形式的WebServer的硬件平臺如圖1所示。

圖1中，MCU以SX52BD100的運算速度最快，在100 MHz晶振驅(qū)動下指令執(zhí)行速度可達100MIPS；RABBIT2000次之，51系列最慢。但是硬件成本恰好反之，用戶可以根據(jù)不同的要求來配置MCU.以太網(wǎng)控制芯片可采用RealTek公司的RTL8019AS.該芯片是一款全雙工以太網(wǎng)控制器，可以工作在Ethernet II和IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT下，并與NE2000兼容。E2PROM主要用來存WEB頁面、圖像文件、PDF文檔等內(nèi)容，因此沒有特殊要求，可由用戶自由選擇，一般32 KB左右即可。

該方案中，MCU為核心芯片，通過它控制以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS，進而完成接入網(wǎng)絡(luò)的工作；而且可以通過編程來選擇通信電路類型，如RS232、RS485、MODEM等。該技術(shù)方案最大的特點在于：用簡潔硬件構(gòu)架應(yīng)用平臺，使原本硬件成本所需的支出可用于相對復(fù)雜的軟件開發(fā)上，且該方案的I/O接口可以自由擴展和支配。

1.3工作流程和軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。當數(shù)據(jù)包通過RJ45接口傳送到RTL8019AS和MCU后，系統(tǒng)內(nèi)部的TCP/IP堆棧進行數(shù)據(jù)包解析和流向判斷，然后進行解包或者打包的動作，以繼續(xù)進行后續(xù)工作。顯然，最終的處理結(jié)果都要通過WebServer來進行。

2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的實現(xiàn)

通常，所謂的TCP/IP協(xié)議是一個四層協(xié)議系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層（含IP協(xié)議）、傳輸層（含TCP協(xié)議）和應(yīng)用層，每一層負責不同的功能?；赥CP/IP協(xié)議可以實現(xiàn)多種功能應(yīng)用，如：HTTP（超文本傳輸控制協(xié)議）、TELNET（遠程登錄）、FTP（文件傳輸協(xié)議）、SMTP（簡單郵件傳送協(xié)議）、SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）等。本文主要討論HTTP，也就是WebServer在應(yīng)用層的主要構(gòu)成協(xié)議。當然，用戶也可以根據(jù)需要附加其它的協(xié)議功能。

p.lib main（）{ sock_init（）；for（；；）{ tcp_tick（NULL）；} } sock_init（）和tcp_tick（）都是TCP/IP函數(shù)庫的基本函數(shù)，前者為初始化TCP/IP協(xié)議棧函數(shù)，使協(xié)議棧開始處理入棧數(shù)據(jù)報；后者主要有兩個用途：①支持后臺處理的最新信息；②測試TCP套接字的狀態(tài)?？梢钥吹嚼肈ynamic C提供的TCP/IP協(xié)議包，用戶可以輕松建立起TCP/IP通信。當通信建立以后，就可以在此基礎(chǔ)上進行后續(xù)的進一步功能擴展，開展例如HTTP、PPP等應(yīng)用層的協(xié)議實現(xiàn)。2.2 HTTP的實現(xiàn)HTTP（超文本傳輸協(xié)議）服務(wù)器可使HTML（超文本鏈接標示語言）頁面，如Web頁等和其它文件為客戶端所使用。在Dynamic C中，HTTP由HTTP.LIB來負責實現(xiàn)。HTTP服務(wù)器實現(xiàn)的程序主體框架如下：#define TCPCONFIG 1 #memmap xmem #use “dcrtcp.lib” #use “http.lib” main（）{ sock_init（）；http_init（）；tcp_reserveport（80）；while（1）{ http_handler（）；} }用戶可以根據(jù)自己的需要在此程序框架上添加構(gòu)成WebServer的所有其它動態(tài)或靜態(tài)元素（無論是否符合HTML標準）。限于篇幅，具體示例不再列出。