基于單片機實現(xiàn)嵌入式因特網終端的設計

主要芯片介紹

·SX52BD是Ubicom公司生產的一款RISC指令集的高速單片機。程序存儲器采用Flash，片內容量為4096字節(jié)，重復寫周期1萬次以上；數(shù)據(jù)存儲器是SRAM，片內容量為262×8位。SX52BD采用4個階段傳遞（接收-解碼-執(zhí)行-寫入），所以每一時鐘周期執(zhí)行1條指令。當最大操作頻率達到100MHz時，指令以每10ns的時鐘周期運行。通過串口或并口可以對芯片進行在線編程，芯片還有在線調試支持邏輯。該單片機的最大特點就是虛擬外設功能，即通過軟件對I/O口進行靈活的配置， CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅動I/O口實現(xiàn)硬件外設功能（如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等）。

·Cirrus公司的CS8900A是用于嵌入式設備的低成本以太局域網控制器。它的高度集成設計使外部器件大大減價。CS8900A包括片上RAM、10Base-T傳輸和接收濾波器，以及帶24mA驅動的直接ISA總線接口，設置好其內部各個寄存器的值，芯片就可以自動開通網絡接口，由于使用RJ45連接器，所以利用E2023芯片把網絡中的信號進行轉換。

·AT24LC256是Atmel公司生產的一種串行256KB的 EEPROM存儲器，它通過2根數(shù)據(jù)線與外界通信，兼容I2C總線接口，可分別設為硬件和軟件寫保護，高達10萬次的擦寫，40年以上的數(shù)據(jù)保護，主要用來存儲網頁信息。

硬件設計

硬件設計原理圖如圖1所示。

圖1 硬件設計原理圖

　　CS8900A有三種工作模式：I/O模式、存儲器模式和直接存儲器模式，默認為I/O模式，通過程序可變換成其它模式。CS8900A的三種工作模式各有優(yōu)缺點，本設計中采用的是I/O模式。CS8900A共有8個16位的I/O口，這8個I/O口與片內的8個16位寄存器相對應。如圖1所示，CS8900A采用8位的數(shù)據(jù)總線方式和SX52BD的RB口相連.地址線和SX52BD的RA口相連。復位后，SX52BD對CS8900A有唯一地址。

　　與24X256有關的電路，除了上述的和CS8900A連接的部分外，還有PROG接口、晶振和復位電路。其中，PROG接口用于編程和調試，用一個4引腳的接頭引出OSC1、OSC2、VCC和地用于編程和調試，也可以通過串口接振蕩器引腳進行在線串行編程。

　　CS8900A片內集成了一個10Mbps的以太網收發(fā)器，以及所有用于和局域網通信的模擬和數(shù)字電路，通過一個電磁隔離器E2023直接和局域網相連。RJ45為網絡接頭，可接10Mbps或100Mbps的網絡集線器。

　　需要注意的是，在PCB布線時數(shù)字信號和模擬信號不能混合，信號線不能走在CS8900A下面，輸出變壓器離RJ45盡量近，傳輸線和接收線的終端匹配電阻和電容應盡量靠近CS8900A。

軟件設計

　　本設計的軟件部分分為四部分，主要實現(xiàn)網絡協(xié)議棧的四層結構：數(shù)據(jù)鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層

　　數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)主要由SX52BD控制網卡芯片CS8900來完成。系統(tǒng)工作時，SX52BD首先對網卡芯片進行初始化，即寫寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。發(fā)數(shù)據(jù)時，寫控制寄存器TXCMD，并將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫入TXLENG，然后將數(shù)據(jù)依次寫入PORT0口，網卡芯片將數(shù)據(jù)組織為鏈路層類型并添加填充位和CRC校驗送到網絡。

　　網絡層

　　SX52BD100的協(xié)議棧中，網絡層的實現(xiàn)就是執(zhí)行IP協(xié)議包，在發(fā)送時，要把發(fā)送出去的消息進行IP打包，即加上IP包頭，使之符合IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送到物理層；將接收到的來自物理層的數(shù)據(jù)包進行IP解包，即去掉包頭，送到TCP層。

　　傳輸層

　　傳輸層的實現(xiàn)，即對TCP層的實現(xiàn)。在SX52BD的協(xié)議棧中，對TCP層的編程通過TCP API（應用程序接口）來進行。TCP的API主要包括下面的函數(shù)和變量：

發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時，從IP層來的數(shù)據(jù)經過狀態(tài)機去掉TCP包頭后再送到應用層；發(fā)送數(shù)據(jù)時，狀態(tài)機在數(shù)據(jù)前面加上TCP包頭再發(fā)送到IP層。接收數(shù)據(jù)時，需要用到的TCP API函數(shù)為TCPAppRxBytes()、TCPAppRxData()和TCPAppRxDone()；發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要用到的TCP API函數(shù)為TCPAppTxBytes（）、TCPAppTxData（）和TCPAppTxDone（）。需要注意的是在建立了TCP連接后才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　應用層

　　應用層的實現(xiàn)，先把源文件下載到AT24C256，，SX52BD通過智能信息表來來管理AT24C256中的資源。當一個請求到來時，一個8位的無用信息對統(tǒng)一資源定位器進行運算（8位字符加運算），再將得到的數(shù)據(jù)乘以2，并把這個結果作為一個索引區(qū)中的一個值。在AT24C256中建立了查找表，憑著這個值在E2PROM中去查表，從而找到相應的資源。

　　應用

　　本文的英特網終端已應用到高速公路導引系統(tǒng)中，終端將高速公路上顯業(yè)屏的信息及狀態(tài)通過網絡能夠實時傳送到監(jiān)測中心計算機，監(jiān)測中心軟件通過GPRS網絡與終端進行雙向通信。本文的終稿很好的滿足了系統(tǒng)實時監(jiān)測的需要。