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基于AVR單片機(jī)的嵌入式“瘦服務(wù)器”系統(tǒng)設(shè)計思想

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作者:黃學(xué)雨 成錫崗 時間:2008-01-14 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

1 引言

       21世紀(jì),計算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個充滿機(jī)遇的階段——后PC時代。繼PC機(jī)之后,形式多樣的數(shù)字化產(chǎn)品已經(jīng)開始成為信息處理的一大主要工具,并且正在逐步形成一個充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。后PC時代的到來,使得人們開始越來越多地接觸到一個新的概念——嵌入式產(chǎn)品。像手機(jī)、PDA(如商務(wù)通)等均屬于手持的嵌入式產(chǎn)品,VCD機(jī)、機(jī)頂盒等也屬于嵌入式產(chǎn)品,而像車載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)冰箱等同樣都采用嵌入式系統(tǒng)。形式多樣的數(shù)字化設(shè)備正努力把Internet連接到人們生活的各個角落,這意味著,中國數(shù)字化設(shè)備的潛在消費(fèi)者數(shù)量將以億為單位。嵌入式瘦服務(wù)器是嵌入式Internet時代的關(guān)鍵和核心技術(shù)之一,如果說PC機(jī)的發(fā)展帶動了整個桌面系統(tǒng)的發(fā)展,那么,嵌入式瘦服務(wù)器的普及必將為嵌入式Internet產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無窮的推動力。

       中國擁有世界上最大的家用電子產(chǎn)品消費(fèi)市場, 
彩電、VCD等的擁有量都居世界第一,隨著消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變,人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求,這些只能通過家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化來實(shí)現(xiàn)。同時,現(xiàn)代化的醫(yī)療、測控儀器和機(jī)電產(chǎn)品也需要有專用的嵌入式瘦服務(wù)器的支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式服務(wù)器的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

       信息電器是指所有能提供信息服務(wù)或通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的消費(fèi)類電子產(chǎn)品,它具有典型信息服務(wù)功能,如:網(wǎng)絡(luò)瀏覽、視頻點(diǎn)播、文字處理、電子郵件、個人事物管理等,又應(yīng)該簡單易用、價格低廉、維護(hù)簡便。

       家用電器向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,電視機(jī)、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入單片微處理機(jī),并通過家庭控制中心與Internet連接,轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)家電。據(jù)估計,信息家電(網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒、家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)字機(jī)頂盒等)未來十年間總量可達(dá)到1億~1.5億臺,總市場需求將達(dá)到900億~1500億元。

       未來的智能化家庭要求有能和Internet連接的控制設(shè)備。本文討論的“嵌入式瘦服務(wù)器”提供了完備的TCP/IP支持和以太網(wǎng)接口??梢园褦?shù)字化家電接入Internet,并提供遠(yuǎn)程訪問和控制網(wǎng)頁。

 2 什么是“瘦服務(wù)器”

       將完整的TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議嵌入單片機(jī)系統(tǒng),使單片機(jī)系統(tǒng)能夠完成服務(wù)器的基本功能,相對于正規(guī)的大型而完備的服務(wù)器,此單片機(jī)系統(tǒng)軟、硬件上都為小型,但是具備基本的組件,故稱“瘦服務(wù)器”。本文的主要內(nèi)容為:以AVR單片機(jī)為主控CPU芯片,提供“瘦服務(wù)器”的軟件、硬件的組成框圖。

       該“瘦服務(wù)器”的應(yīng)用前途廣泛,可以應(yīng)用于各行各業(yè)的Internet遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)中。主要應(yīng)用于:(1)網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品,通過該系統(tǒng)把數(shù)字化家電直接接入Internet網(wǎng)絡(luò),組成intelligentizedhome;(2)城市網(wǎng)絡(luò)自動售貨機(jī);(3)城市交通Internet監(jiān)控;(4)樓宇防火防盜Internet監(jiān)控;(5)工廠生產(chǎn)設(shè)備Internet監(jiān)控。應(yīng)用實(shí)例如圖1所示。

  

3 硬件框圖和軟件框圖

       此系統(tǒng)的硬件主要包括:主控CPU,以太網(wǎng)接口芯片,網(wǎng)頁存儲器和其它輔助電路。軟件包括:網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件和應(yīng)用層軟件。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口芯片接入Internet,用戶通過接入Internet的遠(yuǎn)端PC、遠(yuǎn)程IE瀏覽器,輸入該系統(tǒng)所配的IP網(wǎng)址,即可通過Internet向此“瘦服務(wù)器”發(fā)送一個請求網(wǎng)頁備份的命令。“瘦服務(wù)器”收到該命令,即將應(yīng)用網(wǎng)頁的備份發(fā)至請求PC機(jī)端,并在IE瀏覽器上打開。此時,用戶在打開的網(wǎng)頁上填寫各種控制參數(shù)和控制命令,完畢后提交。“瘦服務(wù)器”系統(tǒng)收到所有參數(shù)命令后,進(jìn)行相應(yīng)的處理,通過單片機(jī)I/O來操縱連接到單片機(jī)的各種設(shè)備,同時將所得到的數(shù)據(jù)回傳至遠(yuǎn)端用戶PC機(jī)上,以曲線表格等形式顯示。

  本課題以Atmel公司的CPU、以太網(wǎng)接口芯片、網(wǎng)頁存儲器和相關(guān)芯片為硬件基礎(chǔ),自主開發(fā)TCP/IP相關(guān)組件及C語言代碼和智能家庭控制網(wǎng)頁。硬件部分的設(shè)計分為:主控單片機(jī)硬件設(shè)計,以太網(wǎng)接口芯片硬件設(shè)計,網(wǎng)頁存儲器硬件設(shè)計,其它輔助電路設(shè)計。

       為了保證運(yùn)行速度和系統(tǒng)處理信息容量,綜合其它因素,選定Atmel公司的ATmega103為主控單片機(jī),其運(yùn)行速度比51系列快20倍,內(nèi)有64KRAM和128KROM。以太網(wǎng)接口芯片采用Crystal公司的CS8900,其處理速度、容量等性能都比較適合本系統(tǒng)。網(wǎng)頁存儲器采用Atmel公司的AT45D021 / Dataflash,其存儲容量達(dá)2Mbyte。外擴(kuò)SRAM采用ASTC256。

       其它輔助電路設(shè)計,采用FPGA應(yīng)用技術(shù)加以集成,采用Atmel公司的大規(guī)??删幊碳呻娐沸酒珹TF1502AS。硬件框架圖如圖2所示,嵌入軟件方案圖如圖3所示。全套嵌入軟件,在AVR單片機(jī)仿真機(jī)上開發(fā),開發(fā)語言采用C51。

 
  
 4 結(jié)束語

       本文以ATMEGA103為主控CPU,提供了一種嵌入式"瘦服務(wù)器"的設(shè)計思路。嵌入式“瘦服務(wù)器”有廣闊的發(fā)展前景,愿本文提供的設(shè)計思路能起到拋磚引玉的作用。



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