基于單片機實(shí)現嵌入式因特網(wǎng)終端的設計

主要芯片介紹

·SX52BD是Ubicom公司生產(chǎn)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，重復寫(xiě)周期1萬(wàn)次以上；數據存儲器是SRAM，片內容量為262×8位。SX52BD采用4個(gè)階段傳遞（接收-解碼-執行-寫(xiě)入），所以每一時(shí)鐘周期執行1條指令。當最大操作頻率達到100MHz時(shí)，指令以每10ns的時(shí)鐘周期運行。通過(guò)串口或并口可以對芯片進(jìn)行在線(xiàn)編程，芯片還有在線(xiàn)調試支持邏輯。該單片機的最大特點(diǎn)就是虛擬外設功能，即通過(guò)軟件對I/O口進(jìn)行靈活的配置， CPU通過(guò)執行虛擬軟件模塊直接驅動(dòng)I/O口實(shí)現硬件外設功能（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(wǎng)控制器。它的高度集成設計使外部器件大大減價(jià)。CS8900A包括片上RAM、10Base-T傳輸和接收濾波器，以及帶24mA驅動(dòng)的直接ISA總線(xiàn)接口，設置好其內部各個(gè)寄存器的值，芯片就可以自動(dòng)開(kāi)通網(wǎng)絡(luò )接口，由于使用RJ45連接器，所以利用E2023芯片把網(wǎng)絡(luò )中的信號進(jìn)行轉換。

·AT24LC256是Atmel公司生產(chǎn)的一種串行256KB的 EEPROM存儲器，它通過(guò)2根數據線(xiàn)與外界通信，兼容I2C總線(xiàn)接口，可分別設為硬件和軟件寫(xiě)保護，高達10萬(wàn)次的擦寫(xiě)，40年以上的數據保護，主要用來(lái)存儲網(wǎng)頁(yè)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(guò)程序可變換成其它模式。CS8900A的三種工作模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，本設計中采用的是I/O模式。CS8900A共有8個(gè)16位的I/O口，這8個(gè)I/O口與片內的8個(gè)16位寄存器相對應。如圖1所示，CS8900A采用8位的數據總線(xiàn)方式和SX52BD的RB口相連.地址線(xiàn)和SX52BD的RA口相連。復位后，SX52BD對CS8900A有唯一地址。

　　與24X256有關(guān)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(gè)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(guò)串口接振蕩器引腳進(jìn)行在線(xiàn)串行編程。

　　CS8900A片內集成了一個(gè)10Mbps的以太網(wǎng)收發(fā)器，以及所有用于和局域網(wǎng)通信的模擬和數字電路，通過(guò)一個(gè)電磁隔離器E2023直接和局域網(wǎng)相連。RJ45為網(wǎng)絡(luò )接頭，可接10Mbps或100Mbps的網(wǎng)絡(luò )集線(xiàn)器。

　　需要注意的是，在PCB布線(xiàn)時(shí)數字信號和模擬信號不能混合，信號線(xiàn)不能走在CS8900A下面，輸出變壓器離RJ45盡量近，傳輸線(xiàn)和接收線(xiàn)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(shí)現網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的四層結構：數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層

　　數據鏈路層

　　數據鏈路層的實(shí)現主要由SX52BD控制網(wǎng)卡芯片CS8900來(lái)完成。系統工作時(shí)，SX52BD首先對網(wǎng)卡芯片進(jìn)行初始化，即寫(xiě)寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。發(fā)數據時(shí)，寫(xiě)控制寄存器TXCMD，并將發(fā)送數據長(cháng)度寫(xiě)入TXLENG，然后將數據依次寫(xiě)入PORT0口，網(wǎng)卡芯片將數據組織為鏈路層類(lèi)型并添加填充位和CRC校驗送到網(wǎng)絡(luò )。

　　網(wǎng)絡(luò )層

　　SX52BD100的協(xié)議棧中，網(wǎng)絡(luò )層的實(shí)現就是執行IP協(xié)議包，在發(fā)送時(shí)，要把發(fā)送出去的消息進(jìn)行IP打包，即加上IP包頭，使之符合IP數據包的格式發(fā)送到物理層；將接收到的來(lái)自物理層的數據包進(jìn)行IP解包，即去掉包頭，送到TCP層。

　　傳輸層

　　傳輸層的實(shí)現，即對TCP層的實(shí)現。在SX52BD的協(xié)議棧中，對TCP層的編程通過(guò)TCP API（應用程序接口）來(lái)進(jìn)行。TCP的API主要包括下面的函數和變量：

發(fā)送數據或接收數據。接收數據時(shí)，從IP層來(lái)的數據經(jīng)過(guò)狀態(tài)機去掉TCP包頭后再送到應用層；發(fā)送數據時(shí)，狀態(tài)機在數據前面加上TCP包頭再發(fā)送到IP層。接收數據時(shí)，需要用到的TCP API函數為T(mén)CPAppRxBytes()、TCPAppRxData()和TCPAppRxDone()；發(fā)送數據時(shí)，需要用到的TCP API函數為T(mén)CPAppTxBytes（）、TCPAppTxData（）和TCPAppTxDone（）。需要注意的是在建立了TCP連接后才可以發(fā)送數據。

　　應用層

　　應用層的實(shí)現，先把源文件下載到AT24C256，，SX52BD通過(guò)智能信息表來(lái)來(lái)管理AT24C256中的資源。當一個(gè)請求到來(lái)時(shí)，一個(gè)8位的無(wú)用信息對統一資源定位器進(jìn)行運算（8位字符加運算），再將得到的數據乘以2，并把這個(gè)結果作為一個(gè)索引區中的一個(gè)值。在A(yíng)T24C256中建立了查找表，憑著(zhù)這個(gè)值在E2PROM中去查表，從而找到相應的資源。

　　應用

　　本文的英特網(wǎng)終端已應用到高速公路導引系統中，終端將高速公路上顯業(yè)屏的信息及狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)時(shí)傳送到監測中心計算機，監測中心軟件通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )與終端進(jìn)行雙向通信。本文的終稿很好的滿(mǎn)足了系統實(shí)時(shí)監測的需要。