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基于AVR單片機(jī)多任務(wù)嵌入式Internet系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):392

        

    

    

    1 引言

    

    目前,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到我們的工作、生活中。從家用電器、信息終端、手持通信設(shè)備到儀器儀表、制造工業(yè)、過程控制等領(lǐng)域,嵌入式設(shè)備已隨處可見。另一方面,近幾年來internet技術(shù)的飛速發(fā)展給嵌入式應(yīng)用帶來了新的契機(jī),在未來嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用internet技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)。

    

    目前嵌入式internet技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有下面三種方式 :

    

    第一種方式是emit技術(shù),采用支持tcp/ip協(xié)議的高性能服務(wù)器作為網(wǎng)關(guān)(emgateway), 嵌入式設(shè)備通過rs-232、rs-485或者can總線等與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器連接,間接通過服務(wù)器網(wǎng)關(guān)連接internet。經(jīng)過多年的發(fā)展emit技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化中得到了廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)也存在著以下的缺點(diǎn):由于需要使用高性能的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,再加上emgateway網(wǎng)關(guān)的使用需要繳納相應(yīng)的版稅,從而使得成本很高;而且網(wǎng)關(guān)和設(shè)備之間需要專門布線,在嵌入式設(shè)備比較分散的情況下極為不便,通信的距離、速度都受到一定的限制。

    

    第二種方式是采用硬件協(xié)議棧芯片進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,比如seiko公司的s7600,嵌入式mcu通過接口對(duì)其進(jìn)行控制以達(dá)到internet通信的目的,這時(shí)軟件只需要增加一段和協(xié)議棧芯片通信的接口程序即可,因此開發(fā)難度小、周期短。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件成本非常高,而且由于使用的是硬件協(xié)議棧,擴(kuò)展不靈活。

    

    第三種方式是在嵌入式mcu上用軟件實(shí)現(xiàn)tcp/ip協(xié)議棧,然后通過網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接internet。在這種方式中由于使用了軟件協(xié)議棧使得嵌入式mcu本身具有了internet通信能力,從而省去了高性能網(wǎng)關(guān)和硬件協(xié)議棧芯片,因此成本非常低,而且擴(kuò)展起來非常方便靈活,再配上小型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,就可以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比很高的嵌入式多任務(wù)internet平臺(tái)。但是要在資源有限的16位甚至8位單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧有一定難度,但近年來隨著單片機(jī)處理速度的不斷提高和內(nèi)部資源的不斷擴(kuò)展,再加上小型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的相繼推出,使得利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)低成本嵌入式多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)成為可能。

    

    基于以上背景,本文就來介紹應(yīng)用在研究課題“低碼率視頻信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸”系統(tǒng)中的一種基于avr單片機(jī)的多任務(wù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

    

    2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

    

    考慮到以太網(wǎng)接入方式技術(shù)成熟、可靠性高、通信速度快和成本低的優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)采用單片機(jī)加以太網(wǎng)接口控制芯片組成。由于操作系統(tǒng)和協(xié)議棧需要用到大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,因此需要外擴(kuò)ram存儲(chǔ)器。為了提高通信性能,單片機(jī)與以太網(wǎng)接口芯片之間采用并行總線擴(kuò)展方式進(jìn)行連接,接口芯片和外部的ram存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。本系統(tǒng)采用了可編程gal器件atf16v8進(jìn)行地址譯碼,這樣不僅可以充分利用地址資源,而且只需要修改atf16v8的源程序即可實(shí)現(xiàn)地址的改變,提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)的原理框圖如圖1所示。

    

    

    

    圖1:硬件平臺(tái)系統(tǒng)框圖

    

    單片機(jī)選用高性能的avr單片機(jī)atmega128。avr是atmel公司結(jié)合了成熟的51系列和pic系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而推出的高性能8位單片機(jī),具有以下特點(diǎn) :

    

    性價(jià)比高: avr單片機(jī)內(nèi)部集成了8路10位的adc、pwm、e2prom、wdt、rtc等,具有了片上系統(tǒng)(soc)的雛形,大幅度降低了系統(tǒng)的整體體積和成本。 速度快:avr單片機(jī)采用了先進(jìn)的risc體系架構(gòu),大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成,理論上速度可以達(dá)到1mips/mhz。而且具有只需要兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器!

    

    接口豐富:avr單片機(jī)除可以進(jìn)行并行擴(kuò)展外,還具有usart、spi和i2c串行總線。

    

    isp&iap:其內(nèi)部的可擦寫flash存儲(chǔ)器不僅可以進(jìn)行在線下載,而且具有片上的boot程序?qū)崿F(xiàn)在應(yīng)用可編程,真正實(shí)現(xiàn)同時(shí)讀寫操作。

    

    開發(fā)方便:avr是第一款真正為c語言開發(fā)設(shè)計(jì)的單片機(jī),具有多

        

    

    

    1 引言

    

    目前,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到我們的工作、生活中。從家用電器、信息終端、手持通信設(shè)備到儀器儀表、制造工業(yè)、過程控制等領(lǐng)域,嵌入式設(shè)備已隨處可見。另一方面,近幾年來internet技術(shù)的飛速發(fā)展給嵌入式應(yīng)用帶來了新的契機(jī),在未來嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用internet技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)。

    

    目前嵌入式internet技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有下面三種方式 :

    

    第一種方式是emit技術(shù),采用支持tcp/ip協(xié)議的高性能服務(wù)器作為網(wǎng)關(guān)(emgateway), 嵌入式設(shè)備通過rs-232、rs-485或者can總線等與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器連接,間接通過服務(wù)器網(wǎng)關(guān)連接internet。經(jīng)過多年的發(fā)展emit技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化中得到了廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)也存在著以下的缺點(diǎn):由于需要使用高性能的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,再加上emgateway網(wǎng)關(guān)的使用需要繳納相應(yīng)的版稅,從而使得成本很高;而且網(wǎng)關(guān)和設(shè)備之間需要專門布線,在嵌入式設(shè)備比較分散的情況下極為不便,通信的距離、速度都受到一定的限制。

    

    第二種方式是采用硬件協(xié)議棧芯片進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,比如seiko公司的s7600,嵌入式mcu通過接口對(duì)其進(jìn)行控制以達(dá)到internet通信的目的,這時(shí)軟件只需要增加一段和協(xié)議棧芯片通信的接口程序即可,因此開發(fā)難度小、周期短。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件成本非常高,而且由于使用的是硬件協(xié)議棧,擴(kuò)展不靈活。

    

    第三種方式是在嵌入式mcu上用軟件實(shí)現(xiàn)tcp/ip協(xié)議棧,然后通過網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接internet。在這種方式中由于使用了軟件協(xié)議棧使得嵌入式mcu本身具有了internet通信能力,從而省去了高性能網(wǎng)關(guān)和硬件協(xié)議棧芯片,因此成本非常低,而且擴(kuò)展起來非常方便靈活,再配上小型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,就可以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比很高的嵌入式多任務(wù)internet平臺(tái)。但是要在資源有限的16位甚至8位單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧有一定難度,但近年來隨著單片機(jī)處理速度的不斷提高和內(nèi)部資源的不斷擴(kuò)展,再加上小型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的相繼推出,使得利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)低成本嵌入式多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)成為可能。

    

    基于以上背景,本文就來介紹應(yīng)用在研究課題“低碼率視頻信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸”系統(tǒng)中的一種基于avr單片機(jī)的多任務(wù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

    

    2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

    

    考慮到以太網(wǎng)接入方式技術(shù)成熟、可靠性高、通信速度快和成本低的優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)采用單片機(jī)加以太網(wǎng)接口控制芯片組成。由于操作系統(tǒng)和協(xié)議棧需要用到大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,因此需要外擴(kuò)ram存儲(chǔ)器。為了提高通信性能,單片機(jī)與以太網(wǎng)接口芯片之間采用并行總線擴(kuò)展方式進(jìn)行連接,接口芯片和外部的ram存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。本系統(tǒng)采用了可編程gal器件atf16v8進(jìn)行地址譯碼,這樣不僅可以充分利用地址資源,而且只需要修改atf16v8的源程序即可實(shí)現(xiàn)地址的改變,提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)的原理框圖如圖1所示。

    

    

    

    圖1:硬件平臺(tái)系統(tǒng)框圖

    

    單片機(jī)選用高性能的avr單片機(jī)atmega128。avr是atmel公司結(jié)合了成熟的51系列和pic系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而推出的高性能8位單片機(jī),具有以下特點(diǎn) :

    

    性價(jià)比高: avr單片機(jī)內(nèi)部集成了8路10位的adc、pwm、e2prom、wdt、rtc等,具有了片上系統(tǒng)(soc)的雛形,大幅度降低了系統(tǒng)的整體體積和成本。 速度快:avr單片機(jī)采用了先進(jìn)的risc體系架構(gòu),大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成,理論上速度可以達(dá)到1mips/mhz。而且具有只需要兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器!

    

    接口豐富:avr單片機(jī)除可以進(jìn)行并行擴(kuò)展外,還具有usart、spi和i2c串行總線。

    

    isp&iap:其內(nèi)部的可擦寫flash存儲(chǔ)器不僅可以進(jìn)行在線下載,而且具有片上的boot程序?qū)崿F(xiàn)在應(yīng)用可編程,真正實(shí)現(xiàn)同時(shí)讀寫操作。

    

    開發(fā)方便:avr是第一款真正為c語言開發(fā)設(shè)計(jì)的單片機(jī),具有多

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