基于AVR單片機的嵌入式“瘦服務器”系統(tǒng)設計思想

　　1 引言
       
　　21世紀，計算機的發(fā)展進入了一個充滿機遇的階段——后PC時代。繼PC機之后,形式多樣的數字化產品已經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的巨大產業(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——嵌入式產品。像手機、PDA（如商務通）等均屬于手持的嵌入式產品，VCD機、機頂盒等也屬于嵌入式產品，而像車載GPS系統(tǒng)、數控機床、網絡冰箱等同樣都采用嵌入式系統(tǒng)。形式多樣的數字化設備正努力把Internet連接到人們生活的各個角落，這意味著，中國數字化設備的潛在消費者數量將以億為單位。嵌入式瘦服務器是嵌入式Internet時代的關鍵和核心技術之一，如果說PC機的發(fā)展帶動了整個桌面系統(tǒng)的發(fā)展，那么，嵌入式瘦服務器的普及必將為嵌入式Internet產業(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品消費市場，彩電、VCD等的擁有量都居世界第一，隨著消費結構的改變，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字化和網絡化來實現。同時，現代化的醫(yī)療、測控儀器和機電產品也需要有專用的嵌入式瘦服務器的支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式服務器的發(fā)展和產業(yè)化的進程。
       
　　信息電器是指所有能提供信息服務或通過網絡系統(tǒng)交互信息的消費類電子產品，它具有典型信息服務功能，如：網絡瀏覽、視頻點播、文字處理、電子郵件、個人事物管理等，又應該簡單易用、價格低廉、維護簡便。
       
　　家用電器向數字化和網絡化發(fā)展，電視機、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入單片微處理機，并通過家庭控制中心與Internet連接，轉變?yōu)橹悄芫W絡家電。據估計，信息家電（網絡冰箱、機頂盒、家庭網關、數字機頂盒等）未來十年間總量可達到1億～1.5億臺，總市場需求將達到900億～1500億元。
       
　　未來的智能化家庭要求有能和Internet連接的控制設備。本文討論的“嵌入式瘦服務器”提供了完備的TCP/IP支持和以太網接口?？梢园褦底只译娊尤隝nternet，并提供遠程訪問和控制網頁。

　　2 什么是“瘦服務器”
       
　　將完整的TCP/IP等網絡協(xié)議嵌入單片機系統(tǒng)，使單片機系統(tǒng)能夠完成服務器的基本功能，相對于正規(guī)的大型而完備的服務器，此單片機系統(tǒng)軟、硬件上都為小型，但是具備基本的組件，故稱“瘦服務器”。本文的主要內容為：以AVR單片機為主控CPU芯片，提供“瘦服務器”的軟件、硬件的組成框圖。
       
　　該“瘦服務器”的應用前途廣泛，可以應用于各行各業(yè)的Internet遠端監(jiān)控系統(tǒng)中。主要應用于：(1)網絡家電產品,通過該系統(tǒng)把數字化家電直接接入Internet網絡，組成intelligentizedhome;(2)城市網絡自動售貨機;(3)城市交通Internet監(jiān)控;(4)樓宇防火防盜Internet監(jiān)控;(5)工廠生產設備Internet監(jiān)控。應用實例如圖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，以太網接口芯片，網頁存儲器和其它輔助電路。軟件包括：網　絡協(xié)議軟件和應用層軟件。該系統(tǒng)通過以太網接口芯片接入Internet，用戶通過接入Internet的遠端PC、遠程IE瀏覽器，輸入該系統(tǒng)所配的IP網址，即可通過Internet向此“瘦服務器”發(fā)送一個請求網頁備份的命令。“瘦服務器”收到該命令，即將應用網頁的備份發(fā)至請求PC機端，并在IE瀏覽器上打開。此時，用戶在打開的網頁上填寫各種控制參數和控制命令，完畢后提交。“瘦服務器”系統(tǒng)收到所有參數命令后，進行相應的處理，通過單片機I/O來操縱連接到單片機的各種設備，同時將所得到的數據回傳至遠端用戶PC機上，以曲線表格等形式顯示。
　　
　　本課題以Atmel公司的CPU、以太網接口芯片、網頁存儲器和相關芯片為硬件基礎，自主開發(fā)TCP/IP相關組件及C語言代碼和智能家庭控制網頁。硬件部分的設計分為：主控單片機硬件設計，以太網接口芯片硬件設計，網頁存儲器硬件設計，其它輔助電路設計。
       
　　為了保證運行速度和系統(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，其運行速度比51系列快20倍，內有64KRAM和128KROM。以太網接口芯片采用Crystal公司的CS8900,其處理速度、容量等性能都比較適合本系統(tǒng)。網頁存儲器采用Atmel公司的AT45D021 / Dataflash，其存儲容量達2Mbyte。外擴SRAM采用ASTC256。
       
　　其它輔助電路設計，采用FPGA應用技術加以集成，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單片機仿真機上開發(fā)，開發(fā)語言采用C51。



　　4 結束語

　　本文以ATMEGA103為主控CPU，提供了一種嵌入式瘦服務器的設計思路。嵌入式“瘦服務器”有廣闊的發(fā)展前景，愿本文提供的設計思路能起到拋磚引玉的作用。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）