一种双MCU结构的嵌入式Internet接入服务器

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摘要：针对某些单MCU结构的嵌入式Internet服务器性能价格比低且灵活性差的问题，提出了一种双MCU结构的嵌入式Internet接入服务器（DMCUEIAS）。它使嵌入式Internet的用户交互和设备控制分离，用户通过Internet不仅可以监视和控制现场设备，而且利用RAC可以将任务下载到现场；解决了低端单MCU处理能力低高端MCU成本高的矛盾，并能够灵活地实现现场控制程序的功能扩展和升级。

    关键词：双MCU结构 嵌入式Internet RAC 嵌入式TCP/IP协议栈

嵌入式Internet[1]是指借助于Internet监视和控制工厂的机器、通信设备、数据采集系统、过程控制系统、医疗设备、机顶盒、车辆控制器、办公机械、个人数字助理（PDA）和其它设备。随着Internet/Intranet的迅猛发展，将Internet延伸到8位、16位、32位单片机，实现基于Internet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EMALL等功能已经成为嵌入式系统发展的必然趋势。就嵌入式Internet系统而言，实现Internet通信协议及其服务，同时还要控制现场设备将占用大量资源，而嵌入式Internet系统中大量存在的是8位和16位MCU，这些系统在某些环境下实现上述功能将十分困难[2]。如果采用32位或64位的处理器，无疑会增加成本。为此，本文提出了一种双MCU结构的嵌入式Internet接入服务器DMCUEIAS。其中一个MCU作为Internet服务器与用户交互（称作InetMCU），它支持TCP/IP协议栈并运行Internet服务程序，形成一个用户可以通过浏览器进行交互的服务器；另一个MCU专门用作设备服务器（称作DevMCU）控制多个设备。InetMCU和DevMCU通过RAC协议实现通信，完成现场设备的控制。这样可以提高性能价格比，具有操作简便、功能易扩展等特点。

1 硬件结构

双MCU结构的嵌入式Internet接入服务器DMCUEIAS采用ATMEL公司生产的AT90S8515微控制器作为InetMCU，采用AT89S53作为DevMCU，系统体系结构如图1。其中，DevMCU拥有12K字节的Flash程序存储器，256字节的片内RAM，3个可预分频的16位定时储器，256字节的片内RAM，3个可预分频的16位定时器、计数器，32位I/O口和一个内置的全双工UART；InetMCU拥有8K字节的Flash程序存储器，512字节的片内EEPROM，512字节的片内RAM，1个可预分频的8位定时器、计数器，1个可预分频、具有比较、捕捉和8/9/10位PWM功能的16位定时器和计数器，用于程序下载的SPI口，32位I/O和一个内置的全双工UART。InetMCU的时钟频率是8MHz，可以高速地通过ISA口传递数据（约2Mbps）。通过一个时钟周期内执行一条指令，InetMCU可以取得近1MIPS/MHz的性能。通过在单一芯片内将一个增强性的8位RISC CPU与可下载的Flash结合，使它非常适合多种嵌入式应用要求，具有高度灵活性和低成本的特点。DMCUEISA的以太网控制器采用台湾Realtek公司的RTL8019AS（10Mbps）。其采用全双工通信方式，使帧的发送与接收能够在一条通信线路上同时进行。使信道的带宽增加一倍，实现了基于IEEE802.3协议标准的MAC层（Media Access Control Layer）的所有功能。内置的双DMA通道 FIFO完成简单有效的包管理（数据帧的接收和发送）功能，本地DMA通道的传输速率高达10Mbps。其优越的性能价格比使它非常适合嵌入式Internet系统。

在InetMCU的片内Flash中固化的服务程序可以现任务调度、线程支持、文件系统、内存管理、网络系统（TCP/IP）和I/O管理等。通过20位（8位A口，8位C口，D口的PD0、PD1、PD2、PD7）I/O口连接到廉价的ISA总线的网卡芯片RTL8019AS卡，能够对外（如Internet上的用户）提供一种通过以太网接口访问嵌入式系统的方法。InetMCU的片内EEPROM存储授权的用户名、密码和其固定的IP地址及MAC地址。远程用户访问DMCUEIAS时，要比较用户名密码，只有合法用户可以通过Internet访问DMCUEIAS。InetMCU的片内RAM存储临时数据，同时外扩了32K字节的SEEPROM。它采用AT24C256存储不同的控制网页，完成必要的文件系统功能，通过WEB页可以实现远程用户与DMCUEIAS的交互。InetMCU用12位（8位B口作为数据口，D口的PD3、PD4、PD5、PD6作为控制口）I/O完成与DevMCU的通信。DevMCU的片内Flash已经固化DCX51嵌入式实时操作系统、通信服务和远程存取控制服务（RAC），负责现场设备的控制。DevMCU的另外16位（8位A口，8位C口作为数据）I/O口与ISP相连，完成必要的逻辑功能，最后由ISP的IO56～IO63(8位)通过功率驱动直接驱动设备。
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2 软件体系结构

2.1 TCP/IP协议

由于系统的资源有限，要求实现协议时应从具体需求着眼，而不是以实现完整的协议为主要目的。DMCUEIAS要求能够提供WWW服务，并选择以太网为其运行的网络环境。这样用户可以利用浏览器通过HTTP协议浏览事先下载到InetMCU的SEEPROM中的控制网页，通过该网页传递控制命令到InetMCU。客户端发来的数据以HTTP协议标准发到DMCUEIAS。这是因为HTTP协议是国际标准，它被所有浏览器支持，能保证用户可以通过任何地方的浏览器下达命令。HTTP协议建立在TCP协议的基础上。建立连接时经过三次握手，每次传输数据都要求服务器给予确认；如无确认，

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