一種大容量移動(dòng)存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)方案設(shè)計(jì)

引言

在工業(yè)測(cè)井系統(tǒng)中，終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移一直是工作的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)工業(yè)測(cè)井系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用不掉電靜態(tài)RAM、EEPROM存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移通常是計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232串行口讀取。

隨著USB技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)普遍采用U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)。U盤(pán)相對(duì)于工業(yè)測(cè)井系統(tǒng)終端原來(lái)的存儲(chǔ)模塊來(lái)說(shuō)是海量存儲(chǔ)，所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)無(wú)需進(jìn)行壓縮處理，可以在文件級(jí)與計(jì)算機(jī)兼容。與此同時(shí)，嵌入式Internet技術(shù)的發(fā)展又使得互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠輕松地嵌入到工業(yè)測(cè)井系統(tǒng)中，通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片將測(cè)井系統(tǒng)終端接入互聯(lián)網(wǎng)后，編制測(cè)井系統(tǒng)終端控制器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的通信協(xié)議，便可以輕松實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站來(lái)控制測(cè)井終端的數(shù)據(jù)采集，而進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，也無(wú)需反復(fù)插拔USB接口存儲(chǔ)器，僅通過(guò)已接入互聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)或其他具有上網(wǎng)功能的移動(dòng)終端即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制海量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及訪問(wèn)。綜上所述，具有USB接口的存儲(chǔ)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制、訪問(wèn)USB存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于希望獲取海量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)意義重大。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要是以STC15F2K60S2單片機(jī)為核心。單片機(jī)收集測(cè)井系統(tǒng)中各路傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)USB接口芯片存儲(chǔ)在大容量U盤(pán)中，另外使用以太網(wǎng)控制芯片ENC28J60將系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)PC機(jī)或其他具有上網(wǎng)功能的移動(dòng)終端遠(yuǎn)程控制并且訪問(wèn)U盤(pán)中的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

1.1 USB接口芯片CH376模塊設(shè)計(jì)

1.1.1 CH376硬件電路搭建

USB接口芯片CH376模塊硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示，單片機(jī)與CH376采用的是硬件總線8位并口連接方式。CH376通過(guò)8位被動(dòng)并行接口的D0～D7、RD#、WR#、PCS#、A0直接連接到STC15F2K60S2單片機(jī)的系統(tǒng)總線上，其中D0～D7連接STC15F2K60S2的數(shù)據(jù)總線P0.0～P0.7引腳，RD#、WR#引腳與STC15F2K60S2的對(duì)應(yīng)引腳相連，INT#引腳連到STC15F2K60S2的外部中斷INT0上(采用中斷方式處理USB數(shù)據(jù)傳輸)，PCS#連接STC15F2K60S2的P2.6引腳來(lái)控制CH376的使能，A0連接到STC15F2K60S2的P2.0引腳，因此，CH376命令寄存器的地址可選為BDF1H，數(shù)據(jù)寄存器的地址可選為BCF0H。

1.1.2 CH376軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)需要將各路傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息存入大容量的U盤(pán)中，CH376能讀寫(xiě)大容量U盤(pán)，故可以在U盤(pán)中創(chuàng)建文件，將采集到的數(shù)據(jù)寫(xiě)入該文件中，創(chuàng)建一個(gè)EXCEL文件用于存放采集到的數(shù)據(jù)。

軟件操作的具體步驟是：?jiǎn)纹瑱C(jī)首先發(fā)送CMD_SET_USB_MODE命令設(shè)置CH376工作在主機(jī)模式下，然后調(diào)用沁恒公司提供的FILE_SYS文件系統(tǒng)庫(kù)中的CH376DiskConnect函數(shù)等待U盤(pán)連接，U盤(pán)連接成功后，在進(jìn)行操作之前必須由單片機(jī)發(fā)送CMD_DISK_MOUNT進(jìn)行初始化，并檢測(cè)磁盤(pán)是否準(zhǔn)備就緒，確認(rèn)磁盤(pán)準(zhǔn)備就緒后，調(diào)用文件系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)CH376 File Open打開(kāi)磁盤(pán)中已經(jīng)創(chuàng)建好的文件。當(dāng)文件創(chuàng)建成功后，為方便向文件中添加數(shù)據(jù)，還需要將該文件移動(dòng)到U盤(pán)中所有已有文件的末尾?？烧{(diào)用文件系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)CH376ByteLocate設(shè)定參數(shù)為0xFFFF FFFF，即可移動(dòng)該文件至所有文件之后，以上一切準(zhǔn)備就緒后就可以向文件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)了，最后要保存文件并更新文件長(zhǎng)度，涉及到的文件庫(kù)函數(shù)是CH376 GetFileSize。在U盤(pán)中創(chuàng)建EXCEL文件的軟件流程圖如圖3所示。

1.2 以太網(wǎng)控制芯片ENC28J60模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 ENC28J60硬件電路搭建

以太網(wǎng)控制芯片ENC28J60模塊硬件電路如圖4所示。單片機(jī)與ENC28J60采用SPI總線方式連接，由于STC15F2K60S2內(nèi)部集成了硬件SPI，為了提高網(wǎng)絡(luò)通信速率，采用硬件SPI方式驅(qū)動(dòng)ENC28J60。STC15F2K60S2內(nèi)部與SPI總線驅(qū)動(dòng)相關(guān)的寄存器有SPI控制寄存器SPCTL、SPI狀態(tài)寄存器SPSTAT、SPI數(shù)據(jù)寄存器SPDAT、SPI功能切換寄存器AUXR1。配置好相關(guān)寄存器后，將SPI接口的4個(gè)引腳(SCKL/P1.5、MISO/P1.4、MOSI/P1.3、SS/P1.2)分別與ENC28J60相應(yīng)引腳相連，以太網(wǎng)接口采用自帶網(wǎng)絡(luò)變壓器和網(wǎng)絡(luò)通信指示燈的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)接口HR911105A。

1.2.2 EN028J60軟件設(shè)計(jì)及嵌入式μIP協(xié)議棧移植

(1)ENC28J60的驅(qū)動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā) ENC28J60的驅(qū)動(dòng)程序主要分3部分：第一是配置相關(guān)寄存器，第二是芯片初始化，第三是收發(fā)數(shù)

據(jù)包，其中最核心的是收發(fā)數(shù)據(jù)包。在收發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)有以下幾點(diǎn)值得關(guān)注：首先ENC28J60具有一個(gè)接收過(guò)濾器，可以丟棄或接收具有組播、廣播或單播目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)包;其次，在數(shù)據(jù)字段處，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度可以在0～1500字節(jié)之間變換，超過(guò)這一范圍的數(shù)據(jù)包是違反以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的，將會(huì)被大多數(shù)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)丟棄。

(2)嵌入式μIP協(xié)議棧移植

μIP是由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院(網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)小組)的Adam Dunkels開(kāi)發(fā)的，是專(zhuān)門(mén)為8位和16位單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常小的TCP/IP協(xié)議棧。μIP完全用C語(yǔ)言編寫(xiě)，可以很方便地移植到各種不同結(jié)構(gòu)的單片機(jī)和操作系統(tǒng)上。μIP協(xié)議棧去掉了完整的TCP/IP協(xié)議中不常用的功能，簡(jiǎn)化了通信流程，設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在IP/TCP/ICMP/UDP/ARP這些網(wǎng)絡(luò)層和傳輸協(xié)議上，保證了其代碼的通用性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且其占用資源非常少，協(xié)議棧代碼不到6 KB，RAM只占用幾百字節(jié)。在設(shè)計(jì)上μIP采用硬件處理層、協(xié)議棧層、應(yīng)用層共用一個(gè)全局緩沖區(qū)，不存在數(shù)據(jù)拷貝問(wèn)題，其發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包都是依靠這個(gè)緩沖區(qū)，極大地節(jié)省了空間和時(shí)間。另外μIP源代碼提供一套實(shí)例程序，包括Web服務(wù)器、Web客戶(hù)端、電子郵件發(fā)送、Telnet服務(wù)器、DNS主機(jī)名解析等。μIP協(xié)議棧與系統(tǒng)底層和高層應(yīng)用之間的關(guān)系如圖5所示。