集成了網(wǎng)絡(luò )連接的低成本控制器

１ 引言

　　按照當前的技術(shù)水準，如果設計一個(gè)不與網(wǎng)絡(luò )或互聯(lián)網(wǎng)連接的控制、調節或數據通信系統顯然是落伍了。文中將介紹如何采用Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ創(chuàng )新的八位網(wǎng)絡(luò )微控制器ＤＳ８０Ｃ４００實(shí)現低成本的具有ＷＥＢ連接的工業(yè)應用。

　　網(wǎng)絡(luò )的存在大大簡(jiǎn)化了系統服務(wù)和電纜連接，通過(guò)以太網(wǎng)也能夠實(shí)現越來(lái)越多的功能。如今越來(lái)越多的微控制器被部署在以太網(wǎng)上，例如：無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、視頻監控、網(wǎng)絡(luò )打印、路由器等。在這些應用中，為了減輕軟件處理負荷、降低成本，需要核心芯片，也就是集成有以太網(wǎng)接口和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧的微控制器，Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ推出的ＤＳ８０Ｃ４００則具備以上特點(diǎn)。

　?。模樱福埃茫矗埃胺浅＿m合上述應用，它可以連續運行，并只消耗極少的能量。該器件可以輕易實(shí)現ＶｏＩＰ、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ電話(huà)等功能，還可以通過(guò)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或家庭網(wǎng)絡(luò )控制空調和取暖設備。有了它，就沒(méi)有必要在系統的每一單元都安裝昂貴的電路，系統中的任何ＰＣ都可以通過(guò)ＤＳ８０Ｃ４００查看相關(guān)數據和發(fā)送控制操作。各個(gè)單元只需與現有網(wǎng)絡(luò )連接，這些網(wǎng)絡(luò )可以是家庭或者公司內部網(wǎng)絡(luò )，也可以是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，而且其服務(wù)設置和安裝過(guò)程可以由網(wǎng)絡(luò )上的任何ＰＣ實(shí)現。

２ ＤＳ８０Ｃ４００功能特點(diǎn)

　　這款新型控制器為系統監控提供了更多的途徑。用戶(hù)可以采集多個(gè)地點(diǎn)的溫度并實(shí)時(shí)顯示溫度數值，也可以用彩色圖表顯示不同的溫度值和連續工作情況。研發(fā)工程師還可以嘗試不同的監視和控制方式，而不需要在各控制點(diǎn)增加轉換器和昂貴的伺服機構。由于ＤＳ８０Ｃ４００可以通過(guò)以太網(wǎng)接入Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ，這樣就使操作者的實(shí)際位置變得無(wú)關(guān)緊要，可以輕松實(shí)現遠端或遠距離的系統監控。

２．１ 低功耗

　?。模樱福埃茫矗埃澳軌蛞宰钌俚耐鈬骷妥畹偷墓膶?shí)現簡(jiǎn)單有效的功能。參考設計（ＤＳＴＩＮＩＭ４００和ＤＳＴＩＮＩＳ４００）中包含了以太網(wǎng)接口和２個(gè)串行接口，此外，板上有１Ｍ字節ＲＡＭ和１Ｍ字節的Ｆｌａｓｈ存儲器。該控制器工作在２９．４９１２ＭＨｚ時(shí)鐘下，運行ＴＩ-ＮＩ－ＯＳ和Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ操作系統時(shí)的總功耗為０．５Ｗ。圖１所示為ＤＳ８０Ｃ４００的內部結構框圖。

　?。模樱福埃茫矗埃熬哂泄β使芾砟Ｊ剑煟校停停?，可以對內部時(shí)鐘進(jìn)行２５６分頻。在ＰＭＭ模式下，微處理器的速度非常低，仍可以繼續執行程序，但電源電流極低，甚至低于空閑模式下的電源電流。當有中斷指令產(chǎn)生或其中一個(gè)串口接收到數據時(shí)，ＤＳ８０Ｃ４００會(huì )自動(dòng)恢復標準工作模式。ＰＭＭ模式下?lián)p耗較大的定時(shí)器時(shí)鐘是１０２４分頻，而不是４分頻。低功耗模式下，內部８０５１核工作于１．８Ｖ，而Ｉ／Ｏ驅動(dòng)部分工作在３．３Ｖ（可以承受５Ｖ）。

２．２ 高指令執行速度

　　在高達７５ＭＨｚ時(shí)鐘時(shí)，ＤＳ８０Ｃ４００的指令執行速度可以達到１８．７５ＭＩＰＳ，足以支持以太網(wǎng)接收未經(jīng)壓縮的音頻數據流，然后經(jīng)過(guò)Ｄ／Ａ轉換再發(fā)送出去。ＤＳ８０Ｃ４００也適合分辨率和刷新速率較低的安全監控系統。但是，ＤＳ８０Ｃ４００不能用于高速、連續吞吐量的場(chǎng)合，例如文件服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )ＤＶＤ刻錄機等。此外，ＤＳ８０Ｃ４００內部的運算加速器可以執行１６位和３２位乘法、除法、移位和歸一化處理。

２．３ 接口和外圍設備

　?。模樱福埃茫矗埃疤峁┒喾N接口，其中包括ＣＡＮ２．０Ｂ控制器接口、三個(gè)１－Ｗｉｒｅ接口、全雙工硬件串行接口、八個(gè)雙向８位端口（共計６４個(gè)數字Ｉ／Ｏ口）。ＤＳ８０Ｃ４００有１６Ｍ字節的可訪(fǎng)問(wèn)地址空間、２２條地址線(xiàn)和４個(gè)內部編碼片選使能端，見(jiàn)圖２所示。它內部集成有１０／１００Ｍ以太網(wǎng)媒體存取控制器ＭＡＣ，可以支持半雙工和全雙工Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議ＩＰｖ４和ＩＰｖ６。為了減輕發(fā)送和接收時(shí)的ＣＰＵ負荷，ＤＳ８０Ｃ４００還內含８Ｋ字節帶緩沖的數據包存儲器。

　?。模樱福埃茫矗埃皟惹叮叮矗俗止潱遥希?，ＲＯＭ中的固件利用ＤＨＣＰ，配合ＴＦＴＰ，通過(guò)以太網(wǎng)連接實(shí)現網(wǎng)絡(luò )裝載。ＲＯＭ固件支持ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＤＨＣＰ、ＩＣＭＰ和ＩＧＭＰ，因此實(shí)現了完全可以訪(fǎng)問(wèn)的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧。另外，用戶(hù)也可以從已在ＩＥＥＥ注冊的ＤＳ２５０２－Ｅ４８（Ｍａｘｉｍ／Ｄａｌｌａｓ產(chǎn)品，一種提供４８位節點(diǎn)地址的芯片）中獲得一個(gè)ＭＡＣ地址。

２．４ Ｊａｖａ

　?。停幔椋恚模幔欤欤幔竺赓M提供基于８０５１核的Ｊａｖａ操作系統以配合ＤＳ８０Ｃ４００的使用。設計者可以從網(wǎng)站：ｆｔｐ／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／下載Ｊａｖａ操作系統ＴＩＮＩ－ＯＳ和一些應用例程。ＴＩＮＩ－ＯＳ提供一個(gè)類(lèi)似ＵＮＩＸ的Ｓｈｅｌｌ：ＳＬＵＳＨ－ｓｈｅｌｌ，其中包含了ＦＴＰ和Ｔｅｌ-ｎｅｔ等標準組件。ＴＩＮＩ網(wǎng)站也提供了一些簡(jiǎn)單范例，例如用于Ｗｅｂ服務(wù)器的Ｊａｖａ源程序，該程序利用ＤＳ１９２０（數字溫度傳感器）來(lái)測量溫度，并通過(guò)ＨＴＭＬ頁(yè)面顯示溫度值。

３ 典型應用

　　在ＤＳ８０Ｃ４００上安裝ＴＩＮＩ－ＯＳ的ＷＥＢ服務(wù)器需要下述條件：

　　●帶ＤＳ８０Ｃ４００微控制器的電路板，推薦使用１Ｍ字節Ｆｌａｓｈ存儲器，１Ｍ字節ＳＲＡＭ。也可以從以下網(wǎng)址下載一個(gè)示例：

　?。妫簦?／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｅ-ｓｉｇｎｓ／ＴＩＮＩｍ４００／ＴＩＮＩｍ４００ Ｃ．ＰＤＦ

　　●最新版本的ＴＩＮＩ－ＯＳ操作系統，可以從下面網(wǎng)址得到：

　?。妫簦?／／ｆｔｐ．ｄａｌｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｐｕｂ／ｔｉｎｉ／ｔｉｎｉ１ １３．ｔｇｚ

　　●編譯Ｊ２ＳＤＫ１．４．ｘ、Ｌｉｎｕｘ／Ｕｎｉｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ版本，可參考：

　?。瑁簦簦?／／ｊａｖａ．ｓｕｎ．ｃｏｍ／ｊ２ｓｅ／１．４．２／ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ

　　●用集成了串行裝載器的ＤＳ８０Ｃ４００、Ｊａｖａ－Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－ＡＰＩ，Ｌｉｎｕｘ／Ｕｎｉｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ版本傳送軟件，參考：

　?。瑁簦簦?／／ｊａｖａ．ｓｕｎ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｊａｖａｃｏｍｍ／ｄｏｗｎ-ｌｏａｄｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ

４ 實(shí)現ＷＥＢ訪(fǎng)問(wèn)的步驟

　　首先需要在ＰＣ上安裝ＪＡＶＡ－ＣＯＭＭ ＡＰＩ、Ｊａｖａ２ ＳＤＫ及其所有附件。ＪＡＶＡ－Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ－ＡＰＩ的安裝可參考文件：ＰｌａｔｆｏｒｍＳｐｅｃｉｆｉｃ．ｈｔｍｌ。然后解壓縮已下載的Ｔｉｎｉ－Ｐａｋｅｔ（Ｔｉｎｉ操作系統軟件包）ｔｉｎｉ１－１３．ｔｇｚ文件。Ｗｉｎｄｏｗｓ用戶(hù)應該把這個(gè)文件解壓縮到根目錄下，并且使用盡可能簡(jiǎn)短的目錄名，以便于手工輸入路徑名。這里假設解壓縮到Ｃ＼ＴＮＩＯＳ?，F在可以運行Ｔｉｎｉ ＪａｖａＫｉｔ，與ＤＳ８０Ｃ４００的裝載器通信如下

　?。辏幔觯?－ｃｌａｓｓｐａｔｈ

　?。?＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｔｉｎｉ．ｊａｒ; ｃ:＼ｊ２ｓｄｋ１．４．２ ０５＼ｌｉｂ＼ｃｏｍｍ．ｊａｒ ＪａｖａＫｉｔ

　　完成上述操作后，ＪａｖａＫｉｔ就可以和ＤＳ８０Ｃ４００進(jìn)行通信了，在此之前，還必須用串口電纜連接ＤＳ８０Ｃ４００的串口０（引腳Ｐ３ Ｂ０和Ｐ３ Ｂ１）和ＰＣ。為了能使用ＪａｖａＫｉｔ的ＤＴＲ－Ｒｅｓｅｔ復位，應該用另外一個(gè)串行收發(fā)器將ＰＣ串口的ＤＴＲ引腳接到ＤＳ８０Ｃ４００電路板的手動(dòng)復位電路上。

　　用戶(hù)必須確保ＤＳ８０Ｃ４００的第９６引腳Ｐ１＿Ｂ７在復位時(shí)沒(méi)有接地。否則，復位后ＤＳ８０Ｃ４００將自動(dòng)從地址４００００ｈ開(kāi)始運行程序。同樣，ＤＳ８０Ｃ４００的第３２腳也不能拉低到地電位，否則在接收到來(lái)自ＴＦＴＰ服務(wù)器的復位后，ＲＯＭ將啟動(dòng)ＮｅｔＢｏｏｔ過(guò)程。復位后ＤＳ８０Ｃ４００應該返回以下信息：

　?。模樱福埃茫矗埃?ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．

　?。祝澹欤悖铮恚?ｔｏ ｔｈｅ ＴＩＮＩ ＤＳ８０Ｃ４００ ｃａｒ ｂｏａｔ Ｌｏａｄｅｒ １．０．１

　　用戶(hù)可以用Ｊａｖａ－Ｋｉｔ通過(guò)Ｆｉｌｅ－＞Ｌｏａｄ－ＦｉｌｅＣ＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｔｉｎｉ ４００．ｔｂｉｎ操作將ＴＩＮＩ－ＯＳ文件拷貝到ＤＳ８０Ｃ４００線(xiàn)路板的Ｆｌａｓｈ中， 通過(guò)Ｆｉｌｅ－＞Ｌｏａｄ－Ｆｉｌｅ Ｃ＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｂｉｎ＼ｓｌｕｓｈ ４００．ｔｂｉｎ將ｓｌｕｓｈ－ｓｈｅｌｌ拷貝到Ｆｌａｓｈ中。在重新啟動(dòng)之前，還需清除ＨＥＡＰ。隨后，將ＤＳ８０Ｃ４００的第９６腳（Ｐ１ Ｂ７）拉低到地以產(chǎn)生一次復位。復位之后將顯示以下信息：

[＝ｓｌｕｓｈ ｖｅｒｓｉｏｎ １．１３ ＝,]

[Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｉｎｇ ｕｐ．]

[Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．．．]

[Ｎｅｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｌｏｇ ｆｉｌｅ．][Ｉｎｆｏ]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ｓｈｅｌｌ ｃｏｍｍａｎｄｓ．．．][Ｄｏｎｅ]

[Ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｌｅｓ．．．][Ｄｏｎｅ]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｐａｒｓｉｎｇｓ． ｓｔａｒｔｕｐ．．．]

[Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ．．．]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ＤＨＣＰ Ｃｌｉｅｎｔ．．．]

[ｗａｉｔｉｎｇ ｏｆ ｆｏｒ ＤＨＣＰ ＩＰ Ｌｅａｓｅ．．．] 

[ＤＨＣＰ ＩＰ ｏｆ ｌｅａｓｅ Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ．] 

[Ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ] [Ｄｏｎｅ]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｕｐ Ｔｅｌｎｅｔ ｓｅｒｖｅｒｓ．．．] [Ｄｏｎｅ]

[Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｕｐ ＦＴＰ ｓｅｒｖｅｒｓ．．．] [Ｄｏｎｅ]

[Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｉｔ ｒｏｕｔｉｎｅｓ] [Ｄｏｎｅ]

[ｓｌｕｓｈ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ． 〗

Ｈｉｔ ａｎｙ ｋｅｙ ｔｏ ｌｏｇ－ｉｎ．

　　以上顯示表明操作系統已經(jīng)運行于ＤＳ８０Ｃ４００。用戶(hù)可以憑用戶(hù)名“ｒｏｏｔ”和密碼“ｔｉｎｉ”登錄。如果網(wǎng)絡(luò )不支持ＤＨＣＰ動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議，還必須使用一個(gè)靜態(tài)ＩＰ地址。配置結果將保存在ＳＲＡＭ的ＨＥＡＰ區域。如果這個(gè)ＳＲＡＭ采用備用電池供電，那么即使去掉了主電源，網(wǎng)絡(luò )參數和系統數據仍然可以完好無(wú)缺?，F在，用戶(hù)不再需要Ｊａ-ｖａ－Ｋｉｔ和串口連接，就可以使用ＦＴＰ服務(wù)將自己的軟件拷貝到系統文件里。進(jìn)一步的設置可以用Ｔｅｌｎｅｔ完成。

　　從ＰＣ上可以看到一個(gè)簡(jiǎn)單的Ｊａｖａ ＷＥＢ服務(wù)器：

　?。?＼ｔｉｎｉｏｓ＼ｅｘａｍｐｌｅｓ＼ＴＩＮＩＷｅｂｓｅｒｖｅｒ。

　　用批處理文件ｂｕｉｌｄＷｅｂＳｅｒｖｅｒ．ｂａｔ可以方便地編譯這個(gè)程序。用戶(hù)可以把從ＦＴＰ得到的ＴＩＮＩ-ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ．ｔｉｎｉ拷貝到ＤＳ８０Ｃ４００文件系統的桌面：／ｂｉｎ下，然后通過(guò)Ｔｅｌｎｅｔ用命令／ｂｉｎ／ＴＩＮＩＷｅｂＳｅｒｖ-ｅｒ．ｔｉｎｉ運行它。也可以把這個(gè)命令寫(xiě)到啟動(dòng)文件里（／ｅｔｃ／．ｓｔａｒｔｕｐ，一個(gè)類(lèi)似ＰＣ中的ａｕｔｏｅｘｅｃ．ｂａｔ文件），這樣在系統啟動(dòng)時(shí)，就可保證啟動(dòng)ＷＥＢ服務(wù)器?？赏ㄟ^(guò)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ來(lái)運行ＤＳ８０Ｃ４００里的Ｗｅｂ服務(wù)器Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ，在地址欄里輸入地址ｈｔｔｐ／／１９２．１６８．１． ５０后的顯示結果如圖３所示。

　　在這個(gè)參考設計里，監控的溫度來(lái)自接在第９９腳（ＯＷ）的ＤＳ１９２０溫度傳感器，時(shí)鐘信息來(lái)自帶Ｉ２Ｃ總線(xiàn)接口的ＤＳ１６７２實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。