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
3 p$ f& ^% U3 Q7 y. j4 E# d: t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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[关键词]嵌入式TCP/IP  单片机  电子邮件
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$ M& h# v6 q$ Q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
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
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%
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
. n7 l+ C- I  j经来临。
1嵌入式Intemet技术的发展
嵌人式Internet技术是-种将嵌人式设备接入Intermet的技术,利
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
0 s) j) {+ P( `! U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
3 _& ?6 g. v5 R4 o- g3 p% f( v" q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
8 U4 l* g( ]4 R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"。
1 H& l4 X# }+ s% W  u* O& p/ M2 A2单片机接入Intemet的方式比较
# @' ?! O" U# }! D5 K$ W% h: x0 B嵌入式Internet技术的实现方法有很多种.体系结构不同、使用的
+ j' V6 _1 A7 r6 I7 `* `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。
$ T$ u( T6 k% ]1 W; _2.1PC网关+专用网
采用专用网络(如RS232,RS485 ,CAN Bus等)把一小批单片机连
# p' t* j5 M" M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
+ N) ?; ?( d. ~- _1 r该方案是采用32位高档单片机,在RTOS(实施多任务操作系统)
4 u# e7 ]' ~8 a2 b$ {$ k$ b& Z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。
) O4 a5 y% A( B& Y2.3采用专用嵌入式网络协议
8 }9 j& s* ?0 B% d1 xemWare的EMIT软件技术使用标准的Internet协议对8位和16位
$ |& T. i/ x, H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
; m0 v% |( x" a0 h5 D理协议和TCP/IP协议栈。嵌人式微控制器网关(即em-Gateway )运行在
" `. D2 }$ ?3 g3 X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-
net之间联接的桥梁。应用系统运行MCU内的emNet,通过em: -Gateway
7 x  B7 r) x; d/ u1 t' e* p4 ?2 `与Internet联接。
2 q; Y! ~" D3 d2 m8 T2.4使用专用芯片Webchip
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
& ~. G2 P- x( P  i, [% t8 w+ Z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
- S9 ~, d9 H" t4 A通过Webrhip网络芯片与Gateway联接,进入Internet。
2.5单片机+以太网网卡
% t; J( b0 L2 j/ v& Z' w) MWebchip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-
8 O+ U- @( O/ O- B4 l, `- Z+ f( itemet远程传来的命令或将数据交给Webchip 发送出去。MCU应用系统
' V5 d3 @5 f1 X通过Webrhip网络芯片与Gateway联接,进入Intermet。
2 m0 d4 J1 f( z/ L$ r2.5单片机+以太网网卡
& k( s$ c- b; l& j: Z' A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
8 @9 l% m0 s$ A& c" z" [2 N2 ]TCP/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
成物理帧格式,再由TCP/TP协议转换成应用层的控制命令刊。
' U+ y9 y: f. T. |: s6 K5 D4 ^* B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
  b2 u4 s- ^( ?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
3 q' b/ h# P/ s$ J1 U/ d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
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
) x9 s* ?  L- X6 c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
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
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，
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
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
7 s/ m( n/ }( ]* t( t/ l6 k3 @- h资源，节约开发成本.适合小系统的开发。
9 i; v& Y' m5 _4 [# i5 w3.1硬件总体功能结构设计
# O1 h9 x( x* r" A5 G7 m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