蘇燕　張建平　阮瑩　曹成虎

【摘要】：在我國計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不斷發(fā)展基礎(chǔ)上，單片機(jī)嵌入式技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸廣泛，如果實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)的有效結(jié)合，更有助于顯著提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用空間，促進(jìn)兩者的共同發(fā)展。本文則對單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及系統(tǒng)開發(fā)展開探討。

【關(guān)鍵詞】：單片機(jī)；嵌入式；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；系統(tǒng)開發(fā)

中圖分類號： TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

近些年，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用，具體包括應(yīng)用于工業(yè)與智能儀器中的安防系統(tǒng)、探測系統(tǒng)以及信息家電等環(huán)節(jié)，若將因特網(wǎng)連接在嵌入式系統(tǒng)中，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的監(jiān)測、傳達(dá)與控制，由此就增加了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)機(jī)遇。本文則對單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及系統(tǒng)開發(fā)展開探討。

1關(guān)于單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)計(jì)入技術(shù)的理論分析

互聯(lián)網(wǎng)通信期間，存在大量TCP協(xié)議簇，占據(jù)較大系統(tǒng)資源量，若僅僅為單一選擇單片機(jī)，則會(huì)由于有限的單片機(jī)資源特點(diǎn)，導(dǎo)致因特網(wǎng)IP/TCP協(xié)議簇?zé)o法實(shí)現(xiàn)有效容納。因此，若要使單片機(jī)嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵就是利用單片自身資源處理信息，以此確保信息可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)傳輸功能的數(shù)據(jù)包。從嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行分析，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提升了系統(tǒng)的性能，提高了系統(tǒng)的工作效率，而將單片機(jī)技術(shù)在嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，則可以進(jìn)一步的提升系統(tǒng)的性能，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。單片機(jī)在嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多機(jī)通信性能等，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸通信[2]。在當(dāng)前的通訊設(shè)備和通信技術(shù)發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，課提升了嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，為此推動(dòng)了我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也進(jìn)一步的滿足了人們對通信系統(tǒng)性能的需求。

2系統(tǒng)性介紹單片機(jī)與網(wǎng)卡接口電路

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)所選單片機(jī)是價(jià)格較為偏遠(yuǎn)、應(yīng)用較為廣泛的MCS8051單片機(jī)系列，所選網(wǎng)卡為以太網(wǎng)控制器芯片。由于因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議程序代碼比較大，因此除單片機(jī)與網(wǎng)卡外，系統(tǒng)還必須加設(shè)相關(guān)外圍電氣，所加設(shè)外圍電氣具體有RAM存儲(chǔ)器與RS232接口，其中RS232接口關(guān)鍵是外圍設(shè)備與單片機(jī)展開數(shù)據(jù)交互的相關(guān)接口，RAM存儲(chǔ)器則扮演著數(shù)據(jù)緩存器的角色，該系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)見圖1。

單片機(jī)在該系統(tǒng)內(nèi)部的作用主要為對因特網(wǎng)中的數(shù)據(jù)與封包串口內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，由此就會(huì)采用因特網(wǎng)物理媒介向以太網(wǎng)控制芯片中傳輸，以太網(wǎng)控制芯片完成地址接線協(xié)議，會(huì)轉(zhuǎn)接至單片機(jī)中，此時(shí)的單片機(jī)會(huì)對TCP/IP的協(xié)議予以執(zhí)行，并消除TCP/IP報(bào)頭，并在RS232接口中向采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的相關(guān)現(xiàn)場設(shè)備移交數(shù)據(jù)，若為現(xiàn)場設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并向單片機(jī)傳輸，則單片機(jī)會(huì)根據(jù)TCP/IP協(xié)議展開封包，向以太網(wǎng)控制器芯片傳輸數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)卡芯片可以向因特網(wǎng)中傳輸，選擇該方式的因特網(wǎng)與單片可實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)交換，由此就可使網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。

2.2發(fā)揮網(wǎng)卡與單片機(jī)接口電路在系統(tǒng)中的作用

單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，核心環(huán)節(jié)為單片機(jī)，因此，網(wǎng)卡與單片機(jī)接口發(fā)揮著極為重要的作用。本研究所闡述的系統(tǒng)所選單片機(jī)為8051系列，因?yàn)樵搯纹哂休^為廣泛的應(yīng)用范圍，而且價(jià)格也比較低，除此之外，該單片機(jī)本身也存在較為簡單的結(jié)構(gòu)，在工業(yè)設(shè)備中可以在很大程度上降低系統(tǒng)成本，而且在編寫8051系列單片機(jī)過程中也較為簡單，便于程序調(diào)試。

2.3其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在基于單片機(jī)技術(shù)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了以上的設(shè)計(jì)之外，還需要的服務(wù)端和客戶端的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)的整體功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)等。服務(wù)端和服務(wù)機(jī)、客戶端的客戶機(jī)其采用的是不同的電路，但是卻是連接在一個(gè)電路板上的，客戶機(jī)采用的電路，需要編址，而服務(wù)機(jī)不需要編址，其有一個(gè)固定的地址，所以不需要部分的電路[6]。

3單片機(jī)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)

因特網(wǎng)中，TCP/IP協(xié)議為最為核心與根本的協(xié)議，若要在單片機(jī)內(nèi)部有效實(shí)現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)，則就應(yīng)該使因特網(wǎng)中的TCP/IP協(xié)議得以實(shí)現(xiàn)，然而，由于單片機(jī)本身具有有限的資源，因此所想使因特網(wǎng)TCP/IP協(xié)議完全實(shí)現(xiàn)可能性較小。當(dāng)前有一些企業(yè)基于嵌入式設(shè)備的差異性，將大量商業(yè)嵌入式協(xié)議棧設(shè)計(jì)出來，其通用性相對比較差，且費(fèi)用也比較高。若在對單片機(jī)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中選擇TCP/IP協(xié)議棧，則該系統(tǒng)則具有較低的性價(jià)比，通過對比TCP/IP協(xié)議棧后，該研究所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心為TCP/IP協(xié)議棧的UIP0.9，該協(xié)議棧在8/16位單片機(jī)中較為適用，為小型嵌入式協(xié)議棧，而且在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，UIP0.9主要選擇模塊化，對網(wǎng)絡(luò)通信過程中必須適用的協(xié)議機(jī)制進(jìn)行有效保留在很大程度上減少了協(xié)議代碼量，該協(xié)議也會(huì)降低系統(tǒng)資源實(shí)際要求。所以，TCP/IP協(xié)議棧能夠有效適應(yīng)單片機(jī)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4關(guān)于單片機(jī)主程序的系統(tǒng)性介紹

添加底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊與應(yīng)用服務(wù)模塊完成后，對UIP進(jìn)行有效配置后，編寫系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)的過程其實(shí)就是在編寫單片機(jī)主程序函數(shù)，在編寫單片機(jī)主程序函數(shù)時(shí)，必須依照用戶實(shí)際需求展開，對本研究所提到的單片機(jī)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，關(guān)鍵在于通過以太網(wǎng)，再與因特網(wǎng)相接入，以此使WEB實(shí)際應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)主程序本身包括對系統(tǒng)初始化進(jìn)行啟動(dòng)的工作，完成初始化工作后，會(huì)持續(xù)性查詢主程序。由于TCP/IP協(xié)議棧編寫期間主要是采用C語言的方式完成，因此，為確保單片機(jī)與協(xié)議?？梢员阌诮粨Q數(shù)據(jù)，應(yīng)該在編寫單片機(jī)主程序期間通過C語言編寫。

總而言之，在我國計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不斷發(fā)展基礎(chǔ)上，單片機(jī)嵌入式技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸廣泛，如果實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)的有效結(jié)合，更有助于顯著提高單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用空間，促進(jìn)兩者的共同發(fā)展。

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作者簡介：

蘇燕，1981年6月， 女，漢族： 鄭州，碩士研究生，畢業(yè)院校：河北工業(yè)大學(xué)，

中級工程師 ，研究方向：嵌入式應(yīng)用 單位：河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院

張建平，1984年，女，漢族，安徽安慶，本科，畢業(yè)院校：鄭州大學(xué)，助教，單位：河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院

阮瑩，1985年，女，漢族，河南南陽，碩士研究生，畢業(yè)院校：河南科技大學(xué)，講師，單位：河南師范大學(xué)新聯(lián)學(xué)院

曹成虎，1987年，男，漢族，河南鄭州，碩士研究生，畢業(yè)院校：福州大學(xué)，單位：河南師范大寫新聯(lián)學(xué)院