单片机嵌入式Internet技术的研究与应用

ByGrith4

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[摘要]本文分析了嵌入式设备接入Intemet的方式，选择单片机通过Internet上网的解决方案,设计了硬件总体功能结构,选择了
实现单片机系统电子邮件发送功能所必须的TCP/IP相关协议,并给出主要模块的设计流程图。
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( W( n  C/ B+ A, s: G# d: U[关键词]嵌入式TCP/IP  单片机  电子邮件
, t, v8 F# ~! R, L6 c, d% O( `
" c0 ^- S$ z6 N- G随着互联网的应用日益普及,信息共享的程度不断提高，通过互联
. n8 Z6 K7 q2 p: N4 O* _网共享以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备的信息，成为当今
' N4 S2 Y; z( h7 z) ^: B电子界的热门话题。如今,传统的互联网应用正从PC机转到以嵌人式
设备为中心。据网络专家预测.将来在互联网上传输的信息中,有70%
3 f* V% p# R. j/ M7 H- w来自小型嵌人式系统。这表明互联网应用进入嵌人式互联网的时代已
, ]: ?3 C* K, I) m9 ]# M' D经来临。
1嵌入式Intemet技术的发展
  Z% Z3 n, K2 D嵌人式Internet技术是-种将嵌人式设备接入Intermet的技术,利
, c2 ~5 H) a. L用该技术可将Internet从PC机延伸到8位.16位.32位单片机，并实现
6 j9 J9 Y3 {+ _1 e' |9 [. x+ z基于Intemet的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传.下载数据文
件、自动发送E-mail等功能，大大扩展Intermet的应用范围。嵌入式系
统接入Intermet同PC机接人Intemnet 一样，必须通过相应的通信协议。
目前的Intermet采用TCP/P协议.因此嵌人式系统接人Internet 最终必
5 n  b8 U" N2 N* W/ }6 o2 B须通过TCP/P协议，对信息进行TCP/IP协议处理,使其变成可以在
Intemet.上传输的IP数据包"。
2单片机接入Intemet的方式比较
; O: t  J3 N& a' V嵌入式Internet技术的实现方法有很多种.体系结构不同、使用的
! N: I  x* c4 n9 Z芯片不同,采用的底层技术不同，采用的软件技术不同等等,大体可有
以下几种方式。
* u5 ^7 E; I; F% l/ Q0 S$ O; p) s2.1PC网关+专用网
& @9 z& H3 y' t' T采用专用网络(如RS232,RS485 ,CAN Bus等)把一小批单片机连
  f$ C/ a& g* U% J1 Z  I4 n接在- -起,然后再将专用网络接到- -台PC上。这台PC机起网关的作
用,将专用网络上的信息转换为TCP/IP协议数据包,然后发到网上实
现信息共享。
2.2 32位mcu+RTOS
该方案是采用32位高档单片机,在RTOS(实施多任务操作系统)
9 n$ d5 K+ r4 K, {1 S的平台上进行软件开发,在嵌人式系统中实现TCP/P的协议处理。由
于采用高档单片机,这个方案可以完成很多复杂的功能。
2.3采用专用嵌入式网络协议
emWare的EMIT软件技术使用标准的Internet协议对8位和16位
嵌人式设备进行管理.是-种代理协议机制,利用网关在网络中桥接代
理协议和TCP/IP协议栈。嵌人式微控制器网关(即em-Gateway )运行在
  k+ X1 A1 ~, t" l- j3 c' G计算机,TV机顶盒或专用的家用电器服务器中,它是设备网络和lnter-
$ X3 S! ?; X) _# Y* nnet之间联接的桥梁。应用系统运行MCU内的emNet,通过em: -Gateway
/ m: b' b" t4 E与Internet联接。
2.4使用专用芯片Webchip
- ]0 B/ V8 }6 `+ y* PWebchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片,通过标准输
入输出口与各种MCU相连. MCU通过Webchip接收并执行.经由In-
) r9 ]# e) r0 n8 T/ Utemet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。MCU应用系统
8 Z* V) ^: B; x1 n  S通过Webrhip网络芯片与Gateway联接,进入Internet。
2.5单片机+以太网网卡
Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片,通过标准输
% l( n0 D0 |% t. ?, g% @$ r入.输出口与各种MCU相连,MCU通过Webchip接收并执行,经由In-
temet远程传来的命令或将数据交给Webchip 发送出去。MCU应用系统
# P5 ]# l0 J$ w/ q通过Webrhip网络芯片与Gateway联接,进入Intermet。
' J6 p  A) H* c2 f+ l/ L9 B9 Y2.5单片机+以太网网卡
" r- k# c" w  ]5 M8 Y4 T单片机加载TCP/P协议控制以太网网卡进行数据传输，并通过
6 e0 y; W! p( i2 d$ `/ h. gTCP/IP协议联接到互联网。远程控制端的操作通过路由器找到目标后.
由网卡芯片的接口传入单片机，通过在单片机中加载的驱动程序转换
4 |* u: D' o5 l2 O成物理帧格式,再由TCP/TP协议转换成应用层的控制命令刊。
由于单片机内部资源有限.要完成上网任务必须精简TCP/IP协
( n* F- C  Y" C7 L4 q5 A议.同时还需了解单片机和网卡驱动程序。此方案优点为:无需经过网
关代理,总体价格较低;产品系自己搭建,有利于产品的维护和二次开
0 `& ~  W+ S" u4 B( \4 E' ^发。
3嵌入式Intemet技术的应用
嵌人式Intermet技术在税控收款机的远程税务征收系统的互联网
税费征收与查询功能改造过程中,得到了很好的应用在保持原有收款
) Z5 X4 M3 V" `+ V! _: b机的功能.同时考虑开发成木与周期的因素.-个可行的方法是对现有
) o- R4 u8 U0 }1 f7 a( K4 G的普通收款机进行改造,安装远程数据传输装置。由于在对数据的传输
" b! @( Y* v9 A上采取了电子邮件的方式,即系统需完成单片机的电子邮件发送功能，
& j! }9 N! o& ?也就实现了远程数据的传输:系统在完成单片机通过Intemet上网的过
# S, Y4 w9 S9 {* b程中,选用“单片机+以太网网卡"方案实现,此种方案可充分利用现有
资源，节约开发成本.适合小系统的开发。
- y# B" g* |. q2 A& ?3.1硬件总体功能结构设计
- Z4 ^( q! i2 X- u& E! q+ j由于实现网络协议需要用到大量数据结构.并且程序量比较大,程
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由于单片机内部资源有限.要完成上网任务必须精简TCP/IP协议.同时还需了解单片机和网卡驱动程序