基于SX52的嵌入式Web服務器的快速實現

隨著互聯網的日益普及，信息共享的程度不斷提高，網絡儀表及網絡控制設備的流行逐漸成為趨勢。如何通過互聯網共享以單片機應用系統為中心的小型嵌入式設備的信息，成為當今電子界的熱門話題。傳統的互聯網應用以PC為中心。如今，互聯網應用正在轉到以嵌入式設備為中心。用單片機實現嵌入式互聯網方案的技術難點是：如何利用單片機本身有限的資源對信息進行TCP／IP協議處理，使之變成可以在互聯網上傳輸的IP數據包。目前解決這個問題有兩種方案：一種是PC網關+專用網，缺點是要增加布線和第三方協議轉換軟件；另一種是32位MCU+RTOS，弊端是開發(fā)難，成本極高。而用軟件方法實現網絡協議比采用集成網絡協議的芯片，具有節(jié)省空間、降低成本的優(yōu)點，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協議，且能通過軟件升級方式跟隨未來的發(fā)展。八位單片機目前仍占有很大的市場份額，而通過美國Ubicom公司的SX52微控器進行網絡控制更具其獨特優(yōu)勢，主要體現在：(1)速度快，在100MHz頻率下能達到100MIPS；(2)現成的協議模塊供使用，即使對不熟悉網絡協議的開發(fā)人員也能簡單套用。雖然其它八位單片機也能用軟件實現精簡的TCP／IP協議，如PICl6C76等，但上面所說兩大優(yōu)點是采用SX52MCU的充分理由。套用成熟的現有程序是最具效率的開發(fā)辦法，這也是避免目前國內普遍存在的低水平開發(fā)的有效途徑。雖然目前還沒有單獨的TCP／IP軟件虛擬模塊提供，但在演示板程序的基礎上，可以采用其成功的網絡協議模塊和一些適用于小型嵌入系統的做法構筑現場控制Web服務器。

1SX52控制器簡介

SX52MCU與PIC單片機有很多地方相似，它也采用RISC指令系統，帶可擦寫上萬次的片上Flash程序存儲器，具在系統編程等。SX52的流水線指令操作可1個時鐘周期執(zhí)行一條指令。沒有中斷嵌套使中斷響應時間固定為3個時鐘周期，適用于一些要求強實時性的系統。5個可驅動30mA電流的I／O口可自由設置為TI'L或CMOS輸入電子，262×8bit的SRAM數據空間，4096×12bit的EE／Flash程序空間。內部集成有模擬比較器、定時器、捕捉／PWM比較器、欠壓檢測、看門狗等多種功能部件。具有三個特殊器件配置寄存器，其長度分別為12位，(FUSE、FUSEX、DEVICE)，硬件配置靈活多樣，加密性能好，能有效地防止產品被盜版或仿制的可能性。已提供的軟件虛擬模塊有UART、A／D、DTMF、PWM、FSK、IRDA、VC等眾多常用功能塊。應用微控器用軟件方法替代硬件功能是一大特色，可以避免一些常用功能的重復開發(fā)。

2聯網的實現

對于資源緊缺的小型嵌入系統，一般都要對TCP／IP協議族做一些精簡處理。WingPoon等提供的演示板程序集合了如下模塊：ARP、DHCP、ICMP的echo響應，精簡的TCP／IP、HTYP、SMTP等；還可以看到應用了I2C以及∑-△A／D的軟件虛擬模塊。由于程序空間的限制，當實現DHCP時，只能用SMTP。底層采用8019AS網絡接口芯片。網頁通過12C存儲于24C256中，中斷程序可用于A／D虛擬模塊的計數及TCP／IP協議族的各個定時器。

系統設計主程序流程如圖1。當IP包頭有選項或存在分片時，此包被簡單丟棄而不處理。TCP能同時打開兩個連接，連接1用于SMTP(套接字用Bank3，TCBI_BANK)，連接2用于HTTP(套接字用Bank4，TCB2_BANK)。TCP不使用滑動窗口的流量控制，發(fā)送時每發(fā)一個分組就停下來等待確認。程序中發(fā)送的數據長度放在變量Tcp2Un-AckMSB、Tcp2UnAckLSB中。在接收模塊TcpProcPktln中只有接收到Ack包后才復位這兩個變量；而發(fā)送模塊Tcp·Transmit中只有這兩個變量為零才允許發(fā)送下一段數據，否則檢查Tcp2TimeMSB是否超時；如是則重發(fā)。TCP接收模塊TcpProcPktln檢查端口號及32序列號是否與套接字內的相符，如不符則可能是收到重發(fā)的包，TCP簡單地發(fā)Ack的空包并丟棄本包；否則處理本包數據同時清除上次發(fā)送數據長度變量Tcp2UnAckMSB、Tcp2UnAckLSB，以便在TcpTransmit中能發(fā)送下一段數據。

子模塊TcpAppTxBytes、TcpAppRxData是TCP處理發(fā)送及接收數據的模塊。用戶如不變更原TCP／IP的精簡設計，只要修改這兩個模塊就能實現自己特定的應用功能。

16位校驗和Checksum的計算對于很少或沒有數據緩沖的系統來說并不容易，一般有兩種方法處理。一是在TCP頭的檢驗和域放任意一個16位數，數據發(fā)送的同時計算Checksum，然后在數據最后附加2個字節(jié)以保證之前任意取值的正確。這種方法的缺點是要讓接收的應用程序忽略最后2個字節(jié)的數據，可能導致許多程序的運行異常。二是先對產生的數據計算Checksum，但不發(fā)送，然后再產生同樣的數據加上正確的校驗和發(fā)送。顯然要求系統產生重復的數據有時是不現實的，利用網卡芯片8019的緩沖可以解決這一問題，將數據寫入8019的同時計算Checksum，最后將Checksum寫入8019后調用NicSendTxFrame才真正發(fā)送數據。

3Web服務器實現

TCP在Web服務器下采用的狀態(tài)轉移見圖2。

(1)服務器在closed狀態(tài)下主動打開端口80進入listen狀態(tài)；

(2)經過3次常規(guī)握手后進人establish的數據傳送狀態(tài)；

(3)服務器發(fā)完數據發(fā)fin關閉請求進入finwait-1狀態(tài)；

(4)收到對方發(fā)來的Ack后進入finwait-2狀態(tài)；

(5)收到對方發(fā)來的fin關閉請求后回送Ack回到closed狀態(tài)。

考慮HTYP常用的abs_path形式的統一資源標識符URI，在資源緊缺的系統中實現完整的文件結構如imagesledon．gif''的查詢與定位，如果采用一般計算機程序中常用的方法則代價很高。一種簡便有效的方法是計算URI各字符的ASCII碼之和。網頁存放于SX52的外部EEPROM中。假設利用前512字節(jié)存放最大256個網頁的地址，絕對路徑index．btm的不帶進位ASCII碼之和為#＄be，可以到2x#$be+#$17c的地方找到要發(fā)送回客戶瀏覽器的數據存放地址；下載網頁到服務器時也用一個程序按上述方法將各網頁排好即可，當然網頁前都加了一段HTYP1．0的標準響應頭信息。這正是Ubicom公司提供的E2File程序所做的，也可以自己編寫一個這樣的程序以實現HTFP1．1的除GET、POST方法外的其它方法或擴展功能。