嵌入式WebServer技术及其实现

【本文由PB创新网为您整理】
摘要：讨论基于TCP/IP协议栈，利用8位单片机构建嵌入式WebServer的具体技术及相关实现方案；给出系统硬件原理框图和有关软件实现的代码框架结构。

    关键词：WebServer TCP/IP协议栈 套接字

引 言

　　利用8位微控制器通过ISP（Internet服务供应商），在不需要使用PC机或高档单片机的情况下接入互联网。随着嵌入式系统的迅猛发展和IA（信息电器）的出现，该应用系统正逐步取代传统的以PC为中心的应用，成为未来Internet发展中的主力军；将会广泛应用于智能家居系统、工业智能化从站系统、LED网络控制显示屏系统、网络安全加密系统等各个方面。

　　利用单片机实现嵌入式WebServer方案的主要技术难点是：如何利用单片机本身有限的资源对信息进行HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP及PPP等协议的处理，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包以及可以在内置Web页上浏览的数据。　

1 应用方案

1.1 方案简介

　　利用单片机实现嵌入式WebServer,大体可有以下三种形式:

　　① MCU+专用网络芯片，如E1552、Webchip PS2000等。此种方案的主要优点是：应用系统设计工程师完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

　　② EMIT技术。EMIT采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，称为emGateway，上面支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序，形成一个用户可以通过网络浏览器进行远程访问的服务器。emGateway通过RS232、RS485、CAN等轻量级总线与外设联系起来，每个外设的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中；同时emMicro还可以解释emGateway的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。该方案中复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应用系统MCU只处理较简单的emNet协议，进行网际连接。

　　③MCU直接实现形式。实现该形式的Web Server，可选用多种型号的MCU来实现网络协议，如AT89C8252、SX52BD100等，并可根据具体要求选用不同速度的MCU作为核心芯片，但是基本硬件结构大致相同。

　　显然以上方案中，以“MCU直接实现形式”的硬件结构最为简洁，不失为首选方案。下面就详细论述之。

1.2 硬件平台

　　MCU直接实现形式的WebServer的硬件平台如图1所示。

　　　　　　　

　　图1中，MCU以SX52BD100的运算速度最快，在100 MHz晶振驱动下指令执行速度可达100MIPS；RABBIT2000次之，51系列最慢。但是硬件成本恰好反之，用户可以根据不同的要求来配置MCU。以太网控制芯片可采用RealTek公司的RTL8019AS。该芯片是一款全双工以太网控制器，可以工作在Ethernet II和IEEE802.3、 10Base5、10Base2、10BaseT下，并与NE2000兼容。E2PROM主要用来存WEB页面、图像文件、PDF文档等内容,因此没有特殊要求，可由用户自由选择，一般32 KB左右即可。

　　该方案中，MCU为核心芯片，通过它控制以太网控制芯片RTL8019AS，进而完成接入网络的工作；而且可以通过编程来选择通信电路类型，如RS232、RS485、MODEM等。该技术方案最大的特点在于：用简洁硬件构架应用平台，使原本硬件成本所需的支出可用于相对复杂的软件开发上，且该方案的I/O接口可以自由扩展和支配。

1.3 工作流程和软件设计

　　整个系统的工作流程如图2所示。当数据包通过RJ45接口传送到RTL8019AS和MCU后,系统内部的TCP/IP堆栈进行数据包解析和流向判断，然后进行解包或者打包的动作，以继续进行后续工作。显然，最终的处理结果都要通过WebServer来进行。

2 网络协议栈的实现

　　通常，所谓的TCP/IP协议是一个四层协议系统，包括数据链路层、网络层(含IP协议)、传输层（含TCP协议）和应用层，每一层负责不同的功能。基于TCP/IP协议可以实现多种功能应用，如： HTTP（超文本传输控制协议）、TELNET（远程登录）、 FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传送协议）、SNMP（简单网络管理协议）等。本文主要讨论HTTP， 也就是WebServer在应用层的主要构成协议。当然，用户也可以根据需要附加其它的协议功能。

2.1 TCP/IP协议栈的实现

　　IP包含编址方案，并提供寻址功能；TCP则是在不同主机的对等进程之间提供可靠的进程间通信。与TCP两端口所连接的实体中，一端为应用程序进程或用户，另一端则为底层协议，如IP协议。TCP在建立连接过程中采用三向握手机制，以保证数据的可靠性。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

　　下面以ZWORLD公司的Rabbit　2000系列芯片为例，论述嵌入式WebServer的具体实现过程。Rabbit　2000系列芯片是一种高性能8位器件。由于其C语言友好指令集和快速数字处理功能，因而受到瞩目。Rabbit结构以Zilog公司的原始Z80微处理器为基础，但作了几项改进：不像Z80指令集那样使用16位寻址覆盖存储空间，而用一个20位或1MB的实际存储空间；采取直接与静态存储器件相连接的方式；有3条存储芯片选择线路和2组写入/输出启动线路；片上外设包括4个串行端口、1个子端口、40条I/O线、7个不同的定时器、精确脉冲发生硬件和电池支持的RTC

[1] [2]  下一页