基于單片機的嵌入式系統網(wǎng)絡(luò )設計方案

系統主應用程序的實(shí)現

　　系統初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)的兩部分：一是對接收到的以太網(wǎng)數據幀進(jìn)行解包，供應用程序使用，一是對發(fā)送的數據進(jìn)行封裝并發(fā)送，使采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)內的所有計算機都能收到此數據幀。圖2是系統的主應用程序的流程圖。

　　圖2 系統的主應用程序的流程圖

　　單片機實(shí)現TCP/IP協(xié)議的難點(diǎn)

　　51單片機的程序空間、可用的內存RAM、運算速度、指令集等原因，在UNIX或Windows上實(shí)現的TCP/IP協(xié)議的源代碼并不能夠直接移植到8位的單片機上。在51單片機上編寫(xiě)代碼會(huì )受許多限制，特別是實(shí)現TCP/IP協(xié)議這樣關(guān)系復雜的程序，我們必須根據實(shí)際情況盡可能挖掘51單片機的性能。綜合來(lái)說(shuō)，單片機實(shí)現與UNIX實(shí)現TCP/IP有如下區別：

　?。?）操作系統：Windows或UNIX都是多任務(wù)操作系統，這使得代碼編寫(xiě)簡(jiǎn)單化，在單片機只能是單任務(wù)系統，代碼結構為順序執行+硬件中斷的方式，無(wú)法并發(fā)執行。

　?。?）內存分配：Windows或UNIX的內存分配是動(dòng)態(tài)的。而一般單片機只有外接的一塊32K字節的RAM,并同時(shí)被各個(gè)協(xié)議使用。一個(gè)最大的以太網(wǎng)數據包有1.5K字節，分配一包的緩沖區就要1.5K字節。為此，我們分配一個(gè)256×6=1536個(gè)字節的固定的RAM來(lái)存放收到的以太網(wǎng)數據包。收到一包就處理一包。

　?。?）指針：在PC里所有程序都必須先放在RAM里才能運行，所以它的指針都指向RAM.而單片機的結構和PC的結構有很大差別，指針類(lèi)型很多，各指針運算的速度也不一樣，特別是“一般指針”運算很慢，還會(huì )占用很多程序空間。UNIX實(shí)現TCP/IP的源代碼中，用得最多的就是指針，而在單片機里一般要求少用指針，或使用特定類(lèi)型的指針。對使用UNIX的源代碼需要作很多的改動(dòng)。

　?。?）參數傳遞：在UNIX實(shí)現的TCP/IP源代碼中，一般有很多的參數傳遞，而在單片機里允許傳遞的參數是有限的（因為受到內部RAM的限制），同時(shí)參數傳遞的過(guò)程要浪費程序代碼空間，也降低單片機執行速度。所以在單片機的實(shí)現里，一般不要做太多的參數傳遞，而多使用公共的全局變量來(lái)實(shí)現調用的過(guò)程。

　?。?）硬件接口：在UNIX或Windows里，對網(wǎng)卡驅動(dòng)無(wú)一例外都是采用中斷方式，因為PC的處理速度快，一次中斷的處理時(shí)間也很短，不會(huì )影響系統內的其它中斷。而在單片機的應用中，大部分的方案都是查詢(xún)式的。PC的NE2000的網(wǎng)卡，一般都是用16位DMA的方式，而在單片機里卻只能用8位DMA方式。這也使UNIX對網(wǎng)卡驅動(dòng)的代碼不能直接移植。

　　結語(yǔ)

　　本文設計的嵌入式網(wǎng)絡(luò )接入方案，采用廉價(jià)的8位51單片機實(shí)現了簡(jiǎn)化TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，并支持主動(dòng)和被動(dòng)連接、跨越網(wǎng)關(guān)，實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)接入，在被控設備與上位控制機之間提供了一條透明的傳輸通道，用戶(hù)不需對原有串口設備或其他數字設備做任何修改，就可享受到網(wǎng)絡(luò )的好處。目前，本文的系統已被成功使用在網(wǎng)絡(luò )化的數據采集器中。