徐殿國 張東來

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：以分析和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究了嵌入式tcp/ip協(xié)議棧sx-stack的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理，提出了使用sx-stack構(gòu)造單芯片嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將信息家電接入internet的新方案。該服務(wù)器組成、構(gòu)造方法和工作原理，并比較現(xiàn)有的使用pc/網(wǎng)關(guān)設(shè)備的接入方案，分析了該方案的優(yōu)點(diǎn)。單芯片嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中sx-stack與用戶應(yīng)用程序的接口方法，用戶登錄軟件及信息家電監(jiān)測軟件的設(shè)計(jì)方法。

     關(guān)鍵詞：嵌入式tcp/ip

     單芯片 嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 信息家電 internet

     sx52bd是ubicom公司推出的risc結(jié)構(gòu)的8位高性能cmos微處理器，可以進(jìn)行高速運(yùn)算、靈活的i/o口控制和高效的數(shù)據(jù)操作。sx52bd具有4kb的ee/flash

     rom的262字節(jié)的sram。與現(xiàn)有8位微處理器相比，其運(yùn)算速率可達(dá)50misp，加上優(yōu)化的多數(shù)為單時(shí)鐘周期的指令集，sx52bd吞吐量大為提高。sx52bd比常規(guī)mcu快20倍的運(yùn)算速度、可靠的性能可重復(fù)編程的結(jié)構(gòu)，使得精簡的tcp/ip能夠在其中可靠運(yùn)行。

     sx-stack運(yùn)行在以sx52bd為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)上，是一組可配置的多種internet協(xié)議的組合。這些協(xié)議按照分層協(xié)議棧的方式精心組織，包括應(yīng)用層的http、dhcp、smtp，傳輸層的tcp、udp，網(wǎng)絡(luò)層的ip/icmp、arp，通過鏈路層和物理層（如ethernet）進(jìn)行internet數(shù)據(jù)的交互。sx-stack的結(jié)構(gòu)如圖1所示。sx-stack利用sx52bd的高速處理能力，按每次1字節(jié)的方式處理tcp/ip數(shù)據(jù)包。這樣，避免了在有限數(shù)量的ram中緩存大量數(shù)據(jù)，使得控制器可以處理比其內(nèi)部ram總線更多的數(shù)據(jù)包。

     利用嵌入的sx-stack，webserver能夠通過hypertext

     transfer protocol(http)與任何瀏覽器通訊，能夠提供各種類型的資源，如html、圖片、pdf文件等。這些資源使用一種特殊的文件系統(tǒng)uri，被存放在容量為32kb的外部eeprom中。這種文件系統(tǒng)可包含任意多的目錄，對(duì)url的長度也沒有限制。

     1

     信息家電單芯片服務(wù)器方案的提出

     從信息家電的遠(yuǎn)程在線訪問的角度考慮，對(duì)信息家電監(jiān)測和控制時(shí)存在兩種情況：（1）遠(yuǎn)程訪問時(shí)，信息家電的通信數(shù)據(jù)量不大，56kbps的通信速率即可滿足要求；（2）信息家電對(duì)時(shí)實(shí)性的要求不高，其時(shí)延可以在1秒以上。所以，sx-stack提供的功能和sx52bd的處理速率能夠滿足上述條件下信息家電對(duì)入internet微處理器的要求。

     在這種情況下，構(gòu)造了家電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器xwebserver,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。xwebserver主要由三部分組成，即sx52bd微處理器、rtl8019as以太網(wǎng)控制器、24lc256（e2prom）。在sx52bd中運(yùn)行用戶程序和sx-stack；在e2pro模塊存放xwebserver的各種web資源；rtl9019as是ethernet控制器，負(fù)責(zé)sx52bd和ethernet的數(shù)據(jù)傳遞。在家電已具備spi（serial

     peripheral interface）接口的條件下，使用家庭自動(dòng)化總線hab（home

     automation bus）作為xwebserver與家電的接口，在hab上使用的通信協(xié)議為自主開發(fā)的簡單家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議shnp（simple

     home networks protocol）。

     圖3是使用xwebserver的接入方法與常規(guī)接入方法的比較。使用xwebserver的接入方案省卻了pc機(jī)或網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在數(shù)據(jù)量不大的情況下，安全可以取代pc或網(wǎng)關(guān)設(shè)備。家電通過spi接口與xwebserver連接，經(jīng)由ethernet接入住宅小區(qū)的信息服務(wù)中心。通過xwebserver家電具備了連接internet的能力。

     用戶自己開發(fā)的服務(wù)器應(yīng)用程序需要放在應(yīng)用層上才能運(yùn)行。服務(wù)器應(yīng)用程序是靠位于傳輸層tcp的application

     program interface(api)來與下面各層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。在sx-stack中存在若干個(gè)實(shí)質(zhì)為子程序模塊的api函數(shù)，應(yīng)用程序必須通過這些函數(shù)將數(shù)據(jù)組合成符合tcp/ip格式的數(shù)據(jù)包。為了提供給用戶登