基于SX52的嵌入式Web服務(wù)器的快速實(shí)現

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，信息共享的程度不斷提高，網(wǎng)絡(luò )儀表及網(wǎng)絡(luò )控制設備的流行逐漸成為趨勢。如何通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)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(mén)話(huà)題。傳統的互聯(lián)網(wǎng)應用以PC為中心。如今，互聯(lián)網(wǎng)應用正在轉到以嵌入式設備為中心。用單片機實(shí)現嵌入式互聯(lián)網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)是：如何利用單片機本身有限的資源對信息進(jìn)行TCP／IP協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸的IP數據包。目前解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方案：一種是PC網(wǎng)關(guān)+專(zhuān)用網(wǎng)，缺點(diǎn)是要增加布線(xiàn)和第三方協(xié)議轉換軟件；另一種是32位MCU+RTOS，弊端是開(kāi)發(fā)難，成本極高。而用軟件方法實(shí)現網(wǎng)絡(luò )協(xié)議比采用集成網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的芯片，具有節省空間、降低成本的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協(xié)議，且能通過(guò)軟件升級方式跟隨未來(lái)的發(fā)展。八位單片機目前仍占有很大的市場(chǎng)份額，而通過(guò)美國Ubicom公司的SX52微控器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )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(xié)議模塊供使用，即使對不熟悉網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的開(kāi)發(fā)人員也能簡(jiǎn)單套用。雖然其它八位單片機也能用軟件實(shí)現精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議，如PICl6C76等，但上面所說(shuō)兩大優(yōu)點(diǎn)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(kāi)發(fā)辦法，這也是避免目前國內普遍存在的低水平開(kāi)發(fā)的有效途徑。雖然目前還沒(méi)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(wǎng)絡(luò )協(xié)議模塊和一些適用于小型嵌入系統的做法構筑現場(chǎng)控制Web服務(wù)器。

1SX52控制器簡(jiǎn)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(xiě)上萬(wàn)次的片上Flash程序存儲器，具在系統編程等。SX52的流水線(xiàn)指令操作可1個(gè)時(shí)鐘周期執行一條指令。沒(méi)有中斷嵌套使中斷響應時(shí)間固定為3個(gè)時(shí)鐘周期，適用于一些要求強實(shí)時(shí)性的系統。5個(gè)可驅動(dòng)30mA電流的I／O口可自由設置為T(mén)I'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(shí)器、捕捉／PWM比較器、欠壓檢測、看門(mén)狗等多種功能部件。具有三個(gè)特殊器件配置寄存器，其長(cháng)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(chǎn)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(kāi)發(fā)。

2聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現

對于資源緊缺的小型嵌入系統，一般都要對TCP／IP協(xié)議族做一些精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)現DHCP時(shí)，只能用SMTP。底層采用8019AS網(wǎng)絡(luò )接口芯片。網(wǎng)頁(yè)通過(guò)12C存儲于24C256中，中斷程序可用于A(yíng)／D虛擬模塊的計數及TCP／IP協(xié)議族的各個(gè)定時(shí)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(shí)，此包被簡(jiǎn)單丟棄而不處理。TCP能同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)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(dòng)窗口的流量控制，發(fā)送時(shí)每發(fā)一個(gè)分組就停下來(lái)等待確認。程序中發(fā)送的數據長(cháng)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(gè)變量；而發(fā)送模塊Tcp·Transmit中只有這兩個(gè)變量為零才允許發(fā)送下一段數據，否則檢查T(mén)cp2TimeMSB是否超時(shí)；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(jiǎn)單地發(fā)Ack的空包并丟棄本包；否則處理本包數據同時(shí)清除上次發(fā)送數據長(cháng)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(hù)如不變更原TCP／IP的精簡(jiǎn)設計，只要修改這兩個(gè)模塊就能實(shí)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(méi)有數據緩沖的系統來(lái)說(shuō)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(gè)16位數，數據發(fā)送的同時(shí)計算Checksum，然后在數據最后附加2個(gè)字節以保證之前任意取值的正確。這種方法的缺點(diǎn)是要讓接收的應用程序忽略最后2個(gè)字節的數據，可能導致許多程序的運行異常。二是先對產(chǎn)生的數據計算Checksum，但不發(fā)送，然后再產(chǎn)生同樣的數據加上正確的校驗和發(fā)送。顯然要求系統產(chǎn)生重復的數據有時(shí)是不現實(shí)的，利用網(wǎng)卡芯片8019的緩沖可以解決這一問(wèn)題，將數據寫(xiě)入8019的同時(shí)計算Checksum，最后將Checksum寫(xiě)入8019后調用NicSendTxFrame才真正發(fā)送數據。

3Web服務(wù)器實(shí)現

TCP在Web服務(wù)器下采用的狀態(tài)轉移見(jiàn)圖2。

(1)服務(wù)器在closed狀態(tài)下主動(dòng)打開(kāi)端口80進(jìn)入listen狀態(tài)；

(2)經(jīng)過(guò)3次常規握手后進(jìn)人establish的數據傳送狀態(tài)；

(3)服務(wù)器發(fā)完數據發(fā)fin關(guān)閉請求進(jìn)入finwait-1狀態(tài)；

(4)收到對方發(fā)來(lái)的Ack后進(jìn)入finwait-2狀態(tài)；

(5)收到對方發(fā)來(lái)的fin關(guān)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(shí)現完整的文件結構如imagesledon．gif''的查詢(xún)與定位，如果采用一般計算機程序中常用的方法則代價(jià)很高。一種簡(jiǎn)便有效的方法是計算URI各字符的ASCII碼之和。網(wǎng)頁(yè)存放于SX52的外部EEPROM中。假設利用前512字節存放最大256個(gè)網(wǎng)頁(yè)的地址，絕對路徑index．btm的不帶進(jìn)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(hù)瀏覽器的數據存放地址；下載網(wǎng)頁(yè)到服務(wù)器時(shí)也用一個(gè)程序按上述方法將各網(wǎng)頁(yè)排好即可，當然網(wǎng)頁(yè)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(xiě)一個(gè)這樣的程序以實(shí)現HTFP1．1的除GET、POST方法外的其它方法或擴展功能。