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1、基于单片机的多点无损温度监控系统摘要随着计算机技术及嵌入式技术的高速发展，人们需要一种新的更加灵活的温度监控系统：这种系统能够应用在一些不适合人接近的环境下对环境温度进行远距离监测：并且可以利用因特网，随时通过计算机的网页实时观测环境温度的变化。本论文研究了目前远程温度监控系统的发展现状，结合目前远程温度监控系统的不足，利用嵌入式系统技术和计算机技术实现了一种基于因特网的远程温度监控系统，用户可通过因特网利用浏览器登陆嵌入式 Web 服务器实现对远程现场温度数据监控。本文研究的整个系统以 8 位微控制器为主处理器，通过程序直接驱动网络控制器ENC28J60，通过 SPI 协议传输的 EEPRO
2、M 做为存储网页的存储设备。并可通过液晶显示器显示系统 IP 及传送的数据等相关信息，还可以用 PC 机上的超级终端通过串口对系统的 IP，网关，子网掩码等进行配置。完成后的终端支持 HTTP、TCP、UDP、FTP等常用网络协议，支持 PING 命令并可给予响应，可以通过 IE 直接浏览存放在存储器中的网页，并可以能过网页上的按钮控件来控制远程的开关量，从而实现远程数据采集和远程控制等功能。嵌入式网络服务器为传统的非标设备上网提供一个协议转换工具，并为用户管理这些设备提供软硬件支持是嵌入式以太技术的关键。嵌入式以太网技术创新性地提出了低价微控制器(MCU)这一理念，使被监测的设备与以太网的无
3、缝连接有了可行方案。目前嵌入式系统中除部分32位处理器以外，大量存在的是8位微控制器，这类处理器在各种智能设备中得到了广泛应用，而且价格低廉，如果能够用它实现以太网接入技术，将会带来巨大的经济效益。本设计完成了对系统的需求分析，各模块的功能分析，硬件应用电路的设计及实现，网络控制器驱动程序的编写，相关网络协议的在嵌入式系统上的移植，以及整个系统的联机调试及测试等工作。测试结果表明本设计完成了远程温度监控的基本功能，证明了该系统的可行性，达到了预期目标。关键词：单片机；嵌入式以太网；WebServer；TCp/lp协议；远程监控；多点无损温度监控；系统设计AbstractWith compute
4、r technology and the rapid development of embedded technology , people need a new, more flexible temperature monitoring system： This system can be used in some not suitable for people close to the ambient temperature environment for remote monitoring ： and can use internet , at any website through y
5、our computers real-time observation of changes in ambient temperature . This paper investigates the current development of remote temperature monitoring system status , combined with the current lack of remote temperature monitoring system , the use of embedded systems technology and computer techno
6、logy to achieve a kind of Internet-based remote temperature monitoring system , the user can log in via the Internet using a browser embedded Web Server to realize the remote -site temperature monitoring data .In this paper, the entire system with 8 -bit microcontroller -based processor driven direc
7、tly by the program network controller ENC28J60, the EEPROM via the SPI protocol to transmit stored pages as a storage device . And through the LCD display system IP and data transmission and other related information , you can also use HyperTerminal on the PC via the serial port on the system s IP,
8、gateway, subnet mask , etc. to be configured. After the completion of the terminal supports HTTP, TCP, UDP, FTP and other commonly used network protocol , and can be given to support the PING command response , you can browse directly through IE pages stored in memory and can be able to live on the
9、page buttons to control the remote control switch , enabling remote data acquisition and remote control functions.Embedded web server for the traditional non-standard equipment to provide an Internet protocol conversion tool, and for users to manage these devices provide hardware and software suppor
10、t is embedded Ethernet technology is the key . Embedded Ethernet technology innovation put forward cheap microcontroller (MCU) the idea that the monitored equipment and seamless connectivity with Ethernet options. Currently embedded systems in addition to some 32-bit processors other than the presen
11、ce of a large number of 8-bit microcontrollers, such processors in a variety of smart devices have been widely used , and the price is cheap, if we can use it to achieve an Ethernet connection into the technology , will bring enormous economic benefits.The design is completed the system requirements
12、 analysis, functional analysis of each module , hardware application circuit design and implementation, network controller driver for the preparation, related network protocols on the transplant in embedded systems , as well as the entire system online debugging and testing work . Test results show
13、that the design completed the basic functions of remote temperature monitoring to prove the feasibility of the system to achieve the desired objectives.Keywords： microcontroller ： embedded Ethernet ： WebServer： TCp / lp agreement ： remote monitoring ： multi-point temperature monitoring lossless ： sy
14、stem design目录第1章 绪论51.1课题的背景51.2嵌入式以太网技术51.2.1嵌入式技术及其发展概述61.2.2以太网技术的发展71.2.3嵌入式以太网技术及研究现状71.3嵌入式Web服务器概述81.4无线传感器网络概述91.5 国内外研究现状91.6本文目的和组织结构10第2章嵌入式WebServer硬件平台设计112.1方案论证及选择112.2硬件总体设计122.3系统主要芯片介绍142.3.1ATmegaI28微控制器142.3.2以太网控制器RTL801gAS及其驱动实现152.3.2.2RTLSO19的驱动实现172.3.3无线收发芯片nRF905212.4硬件设计注
15、意事项232.4.1器件布局方面232.4.2布线方面24第3章 Nut/05内核分析243.1系统初始化243.2线程243.2.1线程创建263.2.2线程状态263.2.3线程切换273.3线程调度273.4内存管理283.5 I/O管理29第4章 嵌入式WebServer软件系统的设计与实现314.1 TCP/IP协议的分析314.1.1TCP/IP协议314.2.2 TCP/IP协议分析314.3 HTTP协议344.3.IHTTP协议的特点354.3.2 HTTP协议的原理354.4 HTML概述364.4.1与HTML有关的术语364.4.2 HTML表单374.5CGI技术37
16、4.5.1动态交互技术374.5.2 CGI技术和工作原理384.5.3 CGI技术与HTTP的关系414.6 Socket套接字414.6.1 Socket概述414.6.2 Socket通信机制42第5章WebServe：多点温度监控系统的测试435.1硬件测试435.1.1硬件各模块测试435.1.2硬件系统测试445.2软件测试465.2.1Ethernut移植步骤465.2.2多点温度监控系统功能的实现46第6章 结论52参考文献：53第1章 绪论1.1课题的背景随着半导体技术、计算机技术的高速发展，嵌入式系统己经遍布人们生活的各个方面，并且会应用的更加深入广泛。Intemet已成为
17、社会重要的基础信息设施之一，也是信息交流的重要渠道，而目前大多数嵌入式系统还孤立于hitemet之外而处于单独应用阶段，这给大范围的信息交流带来极大的不便。随着hitemet技术尤其是以太网技术与智能家电、工业控制技术的结合日益密切，以太网技术逐渐应用到嵌入式系统中，互相独立、分散的嵌入式系统将会连接到hitemet，即可快捷方便、经济地传送信息至世界的任何地方。网络专家预测，将来在hitemet上传输的信息中，将有70%的信息来自小型嵌入式系统。以太网技术与目前迅猛发展的嵌入式技术的结合形成了所谓的嵌入式以太网技术。嵌入式设备与以太网技术融合发展将是嵌入式技术未来的发展方向，两者融合形成的嵌
18、入式以太网技术可以非常容易地实现远程数据采集、远程控制、上传/下载数据文件，必将对智能家居系统、工业测控系统产生革命性的影响。嵌入式以太网的关键是要通过一个嵌入式网络服务器为传统的非标设备上网提供一个协议转换工具并为用户管理这些设备提供软硬件支持3。它创新性地提出低价微控制器(Mcu)可作为服务器这一理念，使被监测的设备与Iniemet的无缝连接有了可行方案。目前嵌入式系统中除部分32位处理器以外，大量存在的是8位微控制器。这类处理器在各种智能设备中广泛适用，价格低廉，如果能够在它上面实现以太网接入技术，将会带来巨大的经济效益。利用单片机实现嵌入式以太网方案的技术难点在于：如何利用单片机自身有
19、限的资源对信息进行TCP/护协议处理，使之变成可以在以太网上传输的数据包，本文将从硬件和软件两个方面给出具体实现方案。其次，无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，可以收集和处理网络覆盖地区被监测对象的信息，并将信息传递给观察者，如果将无线传感器网络应用到设备状态远程监控上面来是一件非常有意义的事情。1.2嵌入式以太网技术1.2.1嵌入式技术发展概述嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统4。它一般由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成5，如图1.1所示：嵌入式处理器
20、是嵌入式系统的核心部件，所谓嵌入式处理器，就是通常所讲的单片机(Mcu，或微控制器)、嵌入式微处理器、嵌入式DsP处理器、嵌入式片上系统(SoC)等。以嵌入式处理器为核心构成的嵌入式系统具有简洁实用、稳定可靠、成本较低等特点，又因为嵌入式系统的软件一般都固化在存储芯片或处理器之中，而不是存储于硬盘等载体中，从而进一步提高了执行速度和系统稳定性。目前功能较简单的嵌入式系统一般采用8位微控制器和应用程序来实现，而功能需求较复杂的嵌入式系统要采用16位、32位处理器，并需要操作系统。嵌入式实时操作系统(RealTimeOperatingSystem)目前很流行，它支持多任务，且开发出的系统稳定性高、
21、可靠性强。其中著名的操作系统有：Vxworks、WinCE、psoS等等，这些操作系统分别属于WindRiver、微软等这些世界著名系统软件开发公司，这些操作系统都是商用性质的，其系统性能较好，可靠性高，一般用于各种通信产品以及军事领域。然而这些产品的商业性非常强，使用所花费的费用比一般产品高出很多，价格昂贵，系统的结构和代码属于商业机密范畴，外界很难看到。所以，对一些规模不大的应用而言，此类操作系统并不是优先的选择。pC/OS-H、Limix、Nut/OS是开放源代码的实时操作系统，在产品开发中应用可降低开发成本。嵌入式技术从出现到现在，已经走过30多年的历程，迄今为止，其技术的发展和演进可
22、以分为如下4个阶段：第一阶段：只停留在算法上，当时完整的操作系统还没形成。此一时期，嵌入式技术的核心部分是是以单片机，外加诸如具有监控、指示功能的设备所构成的系统：第二阶段：简单监控式的实时操作系统阶段。此一时期，嵌入式技术的核心是嵌入式MCU技术，外加上复杂度不高的前后台软件，以此构成一个较为简单的嵌入式系统：第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统阶段。以通用型嵌入式实时操作系统为标志的嵌入式系统，如Vxworks、WindowsCE是这一阶段的典型代表：第四阶段，以hitemet为标志的嵌入式系统。以嵌入式技术和Intemet技术融合发展为标志的阶段，目前正处于此阶段。1.2.2以太网技术的发
23、展以太网技术的发展，其协议最开始的时候是由一家名为施乐的机构所运用的，其后，随着对嵌入式技术的不断开拓，此协议遂被制定为行业应用标准，在网络技术开发诸如局域网等等的各种场合得到广泛的使用，迄今为止，此种发展的势头还没有停歇的迹象。在网络技术不断发展的基础上，对各种网络设备的需求也不断扩大，在此种需求的刺激之下，各种各样的网络设备不断被开发和制造出来，目前，此种协议已是行业内应用做多的标准之中的一个。对于以太网而言，应用在嵌入式场合会更在适用，之所以如此，主要是具有下面的特征：(l)具备实时性在以太网传输速率以及交换技术的不断不断提升的背景下，诸如其他通讯协议在使用中所存在的不确定性问题得到了较
24、好的解决。(2)具有更高的稳定性以太网传输介质可以是同轴电缆、双绞线或者光纤，抗干扰能力强，尤其是光纤。另外协议的纠错功能也保证了数据的稳定性。(3)通用性强以太网是基于TCP/IP协议的，目前该协议已经成为网络数据传输的实施标准。随着技术的不断发展和演进，使嵌入式系统的应用领域被大大的拓展开来，诸如自动化控制、家居智能化等等，而另一方面，随着应用需求的不断扩张，此种技术发展过程中所存在的难点问题也被一一攻克。1.2.3嵌入式以太网技术研究现状(l)嵌入式以太网技术嵌入式以太网技术是嵌入式技术和以太网技术两者的有机结合，是以两种技术的不断成熟发展为前提的。起先嵌入式系统虽被广泛应用，但它是脱离
25、了网络的一种技术。随着以太网逐步深入人们的生产、生活，人们越来越希望能将以太网技术应用于其他领域，这就需要将嵌入式技术和以太网技术进行强强联手，形成一种新的技术，将嵌入式系统的应用灵活、体积小、成本低等优点同以太网的诸多优点结合在一起，使系统具有更好的稳定特性，同时拥有更长的传送距离和更快的传送速率。近些年嵌入式以太网技术已经逐渐得到发展，并开始广泛的应用。以太网技术要求实时性很高，需要TCP/IP协议的支持，这就需要占用大量的系统资源，处理速度也不能太低。考虑到当前的嵌入式系统所采用的处理器的主流一般是以8位或者是16位的居多，因此要达到要求，就必须对TCP/IP协议进行删减，只保留协议族中
26、的必要协议，做到能实现基本的数据传输功能。嵌入式以太网构建的监控系统有如下特点：监测设备同时也充当网络服务器，将数据采样、通信等系统所需要的各种功能集中到一起，所以系统拥有更多的优点，结构更为简单，尺寸微小，而价格也更为低廉：使用的协议标准为TCP/IP协议，具备系统组网容易的特征，并且数据的传输量大，传输速率也非常之快：用户在使用系统的时候，是需要通过普通的浏览器就能够对系统设备进行各类操作，而再不需要经过其他的任何程序，使用起来更为简洁、方便。(2)嵌入式以太网的研究现状在以太网技术深入推进和发展的背景下，工业以太网的传输速率取得了长足的发展，另外再加上与交换技术等其他技术的融合，其与工业
27、通信网络之间的距离变得越来越小。并且，自八十年代以来，一些营利性或者是非盈利性的研究机构就开始了对嵌入式系统的研究和开发的工作，在此一时期，所生产出来的绝大多数微处理器都具有进行网络通讯的功能。比如Rabbit半导体公司的Rabbit20OO/3000处理器、AMD公司的AM186系列嵌入式处理器、MOTOROLA公司的M68HC系列嵌入式处理器等等就是其中的代表。因此能够这样认为，就现在的条件而言，对嵌入式以太网展开研究和应用已经提上日程。迄今，在国外的嵌入式以太网的研究领域，其关注的重点已经从进入到实际应用的开发阶段。在工业自动化控制方面，OPT22开发出了基于嵌入式以太网技术的SNAPF
28、O系统，OPT22为一家美国的嵌入式系统研发公司。此公司所开发的嵌入式以太网系统通过以太网对分布在远程设备现场的I/O口进行访问，从而实现对远程设备的监测和控制。目前OPT22所开发出的系统已经在诸多领域得到了应用，比如输油管线的监控、楼宇的智能化监控等等。除此之外，惠普公司采用正EEI451.2智能传感器标准研制的嵌入式以太网控制器具有10Base-T以太网接口，能够运行FTP/HTTP/TCP用DP协议，且应用于传感器、驱动器等现场设备。对于此一领域的研究，目前国内还不多见，比较早涉及嵌入式以太网的公司包括沈阳东大等等，其研究的嵌入式以太网产品与国外相关产品来说略显不足，但是具备与以太网进
29、行通讯的功能。就目前而言，对于各家公司开发的嵌入式以太网系统来说，判断哪个更好有一定的难度，比如说要说OPT22所开发的系统较惠普的嵌入式以太网控制器更好或者是后者比前者更好，都值得商榷，实际上二者各具特色，适用于其应用的场合，并且因为系统都是各公司独立开发完成，各有各的标准，谁将成为大家公认的标准也很难一时下定论。然而，有一个方面是不容置疑的，嵌入式以太网技术的发展前景是非常巨大的，嵌入式以太网的应用是一潜在的巨大市场，特别是对于工业测控而言，更是如此。1.3嵌入式Web服务器概述修改至此在1998年，嵌入式系统大会在美国举行，Embeddedhitemet成为一个以RTOS为基础的技术新热
30、点。在嵌入式Iniemet技术中嵌入式web技术是一个重要的组成部分，并且它在现场设备远程监控的实现中也非常关键，它将良好的途径提供给各种用户管理、控制和监测设备。用户对设备的监控在嵌入式设备被接入hitemet后，可以在世界上任何一个地方进行。并且，以嵌入式WebServer的为基础B/S模式也有所改变，不再将专用的上位机软件为嵌入式系统开发，因为超文本标记语言HTML有统一的标准，所以只要有一个微型服务器嵌在入式设备中，信息的接受和发送就可以在任意一种Web浏览器中进行，由此开发工作量可以减少。并且传输的信息在对，HTML语言的使用后不仅有数据信号，还有声音和图像，使人机交互界面得到改善。
31、因为有这些优点，人们认可了嵌入式Web服务器的价值，多于PC时代多成百上千倍的瘦服务器和超级嵌入式瘦服务器被一批包括美国贝尔实验室总裁ArunNetravah的科学家预测将会在未来产生。这个世界所有物理和生物信息都可以通过这些进行连接，并且可以将信息通过hitemet自动、实时、方便、简单的为有需要的对象提供13。所以，研究的课题就成了在资源有限的嵌入式设备中如何对Web服务器进行实现。TCP/IP协议栈现在已经成为以太网上的一种规范，TCP/IP、ICMP、RARP等协议都被包含在内。对Web服务器的实现就是以TcP/IP协议栈为基础的14。但是在资源有限的嵌入式系统中，这些协议的所有功能的
32、实现很难也没有必要进行。使软硬件都尽量精简是嵌入式系统的一个目标，所以在嵌入式系统中应该运行小而标准的TCP/IP协议栈。已经有很多与嵌入式TCP/IP有关的研究在国外进行，并且出现了一些如uIP，LwxP，wATTCP等专为微控制器和嵌入式系统设计的相对成熟的微型(TCp/Ip)协议栈。嵌入式WebSever技术的核心是HTTP协议。以HTTP为基础实现了万维网的服务器和客户机的信息的传输15。这个协议详细并且规范的描述了其基本内容(一般语法和标示符的约定，协议参数，消息及访问权限等)。因为HTTP采用的数据表示方法比较特殊，所以对独立于传输数据的系统进行了建立，因此用户最终不需要对其复杂的
33、内容进行了解。HTTP协议内容也不需要完全在嵌入式Web服务器中进行实现，根据系统的不同要求可以进行相应的的简化，常用的有GET、HEAD和POST三种请求方法，但是只有其中之一可以在嵌入式Web服务器中进行实现。如果在监控嵌入式设备时使用了Web浏览器，那么浏览器与服务器间的数据交换的实现就需要通过动态交互技术，这种技术是在TCP/IP通信基础上建立的，例如通过HTTP协议对交互功能进行实现的公共网关接口CGI。1.4无线传感器网络概述新兴的下一代传感器网络之一是无线传感器网络，它与众多传感器的连接是通过自组网的形式进行的，对传感器网络所覆盖区域中被监控对象的信息进行协作的感知、收集和处理，
34、向监控者传递是其目的。由于在军事，环境，医疗健康方面，无线传感器网络技术应用的前景都很重大，所以近年来成为了研究热点。因此，对无线传感器网络在设备状态进行远程监控的研究在此背景下意义重大。一种结合无线传感器网络和传统的以太网的解决方案在本文中被提出，也就是基于嵌入式WebServer对一个无线传感器网络进行增加，不但对现有的网络资源进行了充分利用，还对无线传感器网络传输距离短、抗干扰性差等缺点进行了弥补，使其在传输远程数据时更可靠。这个方案是基于WebServer对以nRF905为基础的无线收发单元进行增加，以太网中本就包含WebServer，并且其作用与网关类似，由此传感器网络与以太网的数据
35、交换得以实现。所以，远程数据采集和控制就可以很方便的通过网络进行实现。1.5 国内外研究现状在对嵌入式 Internet 方案进行实现时对单片机进行利用的技术难点主要是：处理信息的TCP/PI 协议时应怎样对单片机自身有限的资源进行利用，使其IP 数据包的传输可以在 Internet 上进行 6。以对这一技术问题的解决为起点，现在有以下几种方案：1. PC Gateway+专用网：将一小批单片机用专用网络(如 RS232，RS485，CAN Bus 等)相连，然后再在一个 PC 上连接这个专用网络连接到，作为网关这个 PC会把专用网络上的信息向 TCP/PI 协议数据包进行转换，随后在 Int
36、ernet进行发布以共享信息。示意图如图 1-5 所示，该方案能与多种单片机进行连接，由于PC机可以实现复杂的 TCP/PI 协议，所以对 MCU 有比较低的要求。但是还有以下几个缺点存在：a.协议在进行转换时需要依赖 PC 机作为网关，专用网络在分散的多个单片机系统中非常不便9。b.在 PC 机上需要安装由第三方软禁上提供的专业协议转换软件，会有较高的费用10。图1-52. 32 位 MCU 十 RTOS：当软件开发在 RTOS(实时多任务操作系统)的平台上进行时，在嵌入式系统对 TCP/IP 的协议处理的实现需要通过32 位的高档单片机进行。因为对高档单片机的使用，很多复杂的功能都可以通过
37、这个方案来完成。示意图如图 1.2 所示，但是这种方案中如下缺点：a.高档单片机的高价格，长开发周期；b.需要购买的RTOS 开发软件价格高，要求开发人员有较高的开发能力。图1-6 32 位 MCU+RTOS 示意图3.TCP/IP 专用芯片：因为Internet 和通讯产业近几年来的发展迅速，所以半导体制造商都尝试着在一个 SOC(System on Chip)中集成通讯协议、Internet 协议、IP 以及许多外设。这种方法是上网方法中最为方便和直接的，目前在国际上也是一个研究热点，同时也是一个未来家电等嵌入式设备上网的重要发展方向。但是任由许多问题存在于这种方法的实现过程，因此无法灵活
38、配置系统，对系统的裁剪依据是应用的需要，而且系统的成本岁芯片的加入而增加。通过软件对协议的处理功能的完成可以对上述问题进行解决。对处理速度的问题的解决是使用软件对硬件功能进行实现的前提。并且，因为各种协议的处理是通过单片机对软件的使用进行的，这位以后在硬件不变的情况下，对整个嵌入式系统的功能的升级只需要对内置程序进行改变就能完成提供了方便。1.6本文目的和组织结构研究嵌入式以太网远程监控系统是本文的目的，对一个以AVR单片机为基础的嵌入式Webserver监控系统进行构建，并且以此为基础基础，对无线传感器网络技术机进行融合，将以嵌入式WebServer为基础的无线数据采集方案提出。使用普通We
39、b页面，用户就可以对现场设备和无线传感器网络节点中设备的状态进行监控，以达到远程监控的目的。本文共分5章：第1章首先对课题研究背景进行介绍，并对与嵌入式以太网有关的技术、现在国内外的研究和无线传感器网络的特点进行简要介，最后将本文的目的和结构提出。第2章首先对几种国内外的解决方案进行介绍，然后以此为基础对嵌入式WebServer的硬件总体设计进行提出，再详细的分析包括微控制器、网络控制器、无线收发和电源模块的硬件设计，最后对应该在电路设计中注意的问题进行分析。第3章分析Nut/OS操作系统内核是最主要的，线程管理、线程调度、内存管理、I/O管理等都被包括在内。第4章首先分析TcP/IP协议，以
40、实际应用为依据进行裁剪，然后对HTTP协议、HTML语言、CGI技术、套接字机制等实现WebServer的核心技术进行详细描述。第5章首先是测试与开发板有关的硬件，然后详细的进行分析，再对移植Ethemut的步骤进行讲解，最后测试并简要分析整个系统的监控界面。最后对本研究课题的工作内容和可以拓展的方面进行总结。第2章 嵌入式WebServer硬件平台设计2.1方案论证及选择嵌入式系统在理论上只要被转化为Web服务器，并对TCP/IP网络协议进行装载和解释，那么以太网的接入就可以实现。对单片机进行利用以对嵌入式以太网方案进行实现的技术难点是：利用单片机自身有限的资源应怎样以TCP/IP协议处理信
41、息，让它成为可以在以太网上传输的数据包。以对这一技术难题的解决为基础，有以下几种方案在国内外被提出16一18：(l)专用片上系统未来电子产品的发展方向是SOC，并且设计和生产技术也日益成熟，所以这个方案也是网络产品设计在未来的发展趋势。网络接口部件、TCP/IP协议栈以及实时操作系统在这个方案中被集成在一个芯片上。比如说，由OSicom公司推出的系统级芯片(SoC)，它集成了NET+ARM，并具有RISe技术的4oMIPs的ARM7内核和以太网(Ethemet)控制器：对RTOS和下列网络协议：TCP(传输控制协议)、uDP(用户数据报协议)、RARP(反向地址转换协议)、ICMP(网际控制报
42、文协议)进行了使用：而且HTTP(超文本传输协议)、sMTP(简单邮件传输协议)、FTP(文件传输协议)等与hitemet网有关的高层软件协议对专用单芯片系统soC进行了构成。在一台打印机嵌入SOC就可以成为能上网的网络打印机，任何一个hitemet网上的客户机都可以用自己的浏览器在网页上对这台打印机进行使用、监视和控制。此种方案的主要优点是：简单的网络产品的硬件和软件设计，应用系统设计工程师可以在不对任何网络协议进行考虑的情况下对网络芯片传送过来的指令和数据进行解释和执行就可以和hitemet进行网络连接。但是成本高，适用于高端应用是其缺点。(2)pCGateway+专用网将一小批单片机应用
43、系统用专用网络(如RS一232，RS一485，CANBuS等)连接在一起，再向一个PC连接这个专用网络上，把专用网络上的信息用PC作为网关转换成TCP/IP协议数据包，然后在网上共享信息。这个方案能与多种单片机相连，但协议转换必须在PC机作网关时进行，如果多个单片机系统分散，那么会有极为不便的专用网络布线，并且将专用的协议转换软件安装在PC机上也是必需的， 这种软件的提供者一般是专业的第三方软件商提供，有较高的费用。(3)32位微处理器(MpU)+RTOS在RTOS平台上对32位的高性能嵌入式微处理器MPU进行使用以开发软件，处理TCP/正的协议实现于，嵌入式系统中。因为对高性能MPU的使用，
44、 文件系统和图形用户界面等复杂功能可以在这个方案中被实现，但是这种方案也有价格高、开发周期长等缺点：而且还需要对昂贵的RTOS软件进行购买，并且对开发人员的技术要求也有所提高。(4)低档的MCU+精简TCP/护协议栈对TCP/IP协议以嵌入式应用的特点为基础大幅度进行简化，只对其核心部分济宁保留，这样会使对于系统资源的需求大幅减少，以实现在低成本、低速度、小内存的MCU上的网络连接。廉价、广泛进行应用很方便：对PC机没有依赖，对8位单片价系统真正实现直接接入Intemct是这种方案的优点。但同时它也有开发周期长，对开发人员要求高的缺点。现在以网络应用为基础的嵌入式设备一般硬件都是PC机或ARM
45、等32位微处理器，软件一般为WindowsCE或Linux等通用操作系统，开发周期短是其优点，同时成本高、功耗大是其缺点。8位微控制器是除部分32位处理器以外在嵌入式系统中大量存在的。这类处理器广泛使用于各种智能设备中，他们有着低廉的价格，因此在它上面如果可以对以太网接入技术进行实现，可以有巨大的收益。本文的研究时在低成本的MCU+精简TCP/IP协议栈设计的基础上进行的，它对一个嵌入式WebServer进行构建，以对远程监控功能进行实现。第一个对以8位单片机为基础推出的嵌入式以太网解决方案的是Ethemut，它的有点是低成本、小功耗、小巧的体积以及良好的实时性。它是是德国e，iteSoftw
46、areGmbH公司的产品，它将Nut/OS实时操作系统和Nut/Net协议栈包含在软件中，并且大部分，少量的对与硬件有关的源代码使用汇编语言进行了使用，其移植性很高。用软件进行应用开发，可以使出错概率大幅减小。2.2硬件总体设计对一个嵌入式WebServer进行构建时本系统的任务，并且要以此基础对远程数据采集和控制进行实现， 把设备的信号向符合TCP/IP协议的网络信号进行转化是远程监控的实质，在普通Web页面就可以让用户对嵌入式设备进行访问和远程监控。在低成本设备中对网络互联技术进行应用是其重要的发展趋势，在很多场合中昂贵的32位处理器已经被8位处理器替代来对互联进行实现：并且这种系统本身也
47、有优点，比如说：价格低廉、与各种传感器和采集器接口容易连接、有较小的体积、在对UART，HC，SPI等各种协议进行扩展时很方便，并且可以与以太网协议进行转换，由此远程数据采集和控制可以实现。我们已经对国内外几种方案在上一节进行了论证， 硬件的实现方案将这一节进行具体介绍。嵌入式WebServe：的硬件设计框图如图2.1所示：把框图中的各元器件在一块开发板上集中进行设计，对系统硬件平台进行搭建。这个开发板的技术特点如下：(l) 具有16MIpS性能的ATmegal28单片机被微控制器(MCU)所选择：(2) RTL801gAs被以太网控制器所选用，IEEE802.2和IEEE802.3标准被支持
48、：(3)K6X08OSCID一GF55存储器被选用，外扩32KSRAM：(4)作为无线收发主芯片 的nRF905，在与ATmegal28进行通信使使用的是SPI方式：(5) 将一个RJ一45接口在开发板上集成，并对IOMb以太网进行支持：(6)，为配置网络参数和调试程序提供1个RS一232串口：(7)使用一个JTAG接口对程序进行烧写：(8) FlashROM可以在128K片内进行编程：(9) EEPROM可以在4K片内进行编程：(10)8个10bit的模拟/数字转换接口：(11)需要一个DCg一12V的直流电源。在这里，RJ一45和以太网卡的连接是通过FB2022滤波器进行的：RS一232串口与ATmegal28的连接是通过MAX3222电平转换芯片进行的：外扩存储器与ATmega128的连接是通过锁存器74HC573D进行的：LMH17为nRF905芯片的使用提供3.3V电压