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基于AVR单片机的嵌入式“瘦服务器”系统设计


基于 AVR 单片机的嵌入式“瘦服务器”系统设计
1 引言 21世纪,计算机的发展进入了一个充满机遇的阶段——后 PC 时代。继 PC 机之后,形式 多样的数字化产品已经开始成为信息处理的一大主要工具, 并且正在逐步形成一个充满商机 的巨大产业。后 PC 时代的到来,使得人们开始越来越多地接触到一个新的概念——嵌入式 产品。像手机、PDA(如商务通)等均属于手持的嵌入式产品,VCD 机、机顶盒等也属于嵌 入式产品,而像车载 GPS 系统、数控机床、网络冰箱等同样都采用嵌入式系统。形式多样的 数字化设备正努力把 Internet 连接到人们生活的各个角落,这意味着,中国数字化设备的 潜在消费者数量将以亿为单位。嵌入式瘦服务器是嵌入式 Internet 时代的关键和核心技术 之一,如果说 PC 机的发展带动了整个桌面系统的发展,那么,嵌入式瘦服务器的普及必将 为嵌入式 Internet 产业的蓬勃发展提供无穷的推动力。

中国拥有世界上最大的家用电子产品消费市场,彩电、VCD 等的拥有量都居世界第一, 随着消费结构的改变, 人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求, 这些只能通过家电 的数字化和网络化来实现。同时,现代化的医疗、测控仪器和机电产品也需要有专用的嵌入 式瘦服务器的支持。这些需求都极大地刺激了嵌入式服务器的发展和产业化的进程。

信息电器是指所有能提供信息服务或通过网络系统交互信息的消费类电子产品,它具 有典型信息服务功能,如:网络浏览、视频点播、文字处理、电子邮件、个人事物管理等, 又应该简单易用、价格低廉、维护简便。

家用电器向数字化和网络化发展,电视机、冰箱、微波炉、电话等都将嵌入单片微处 理机, 并通过家庭控制中心与 Internet 连接, 转变为智能网络家电。据估计, 信息家电(网 络冰箱、机顶盒、家庭网关、数字机顶盒等)未来十年间总量可达到1亿~1.5亿台,总市场 需求将达到900亿~1500亿元。

未来的智能化家庭要求有能和 Internet 连接的控制设备。 本文讨论的“嵌入式瘦服务 器”提供了完备的 TCP/IP 支持和以太网接口。可以把数字化家电接入 Internet,并提供远 程访问和控制网页。

2 什么是“瘦服务器” 将完整的 TCP/IP 等网络协议嵌入单片机系统, 使单片机系统能够完成服务器的基本功 能,相对于正规的大型而完备的服务器,此单片机系统软、硬件上都为小型,但是具备基本 的组件,故称“瘦服务器”。本文的主要内容为:以 AVR 单片机为主控 CPU 芯片,提供“瘦 服务器”的软件、硬件的组成框图。

该“瘦服务器” 的应用前途广泛, 可以应用于各行各业的 Internet 远端监控系统中。

主要应用于:(1)网络家电产品,通过该系统把数字化家电直接接入 Internet 网络, 组成 intelligentizedhome;(2)城市网络自动售货机;(3)城市交通 Internet 监控;(4)楼宇 防火防盗 Internet 监控;(5)工厂生产设备 Internet 监控。应用实例如图1所示。

3 硬件框图和软件框图 此系统的硬件主要包括:主控 CPU,以太网接口芯片,网页存储器和其它辅助电路。软 件包括:网络协议软件和应用层软件。该系统通过以太网接口芯片接入 Internet,用户通 过接入 Internet 的远端 PC、 远程 IE 浏览器, 输入该系统所配的 IP 网址, 即可通过 Internet 向此“瘦服务器”发送一个请求网页备份的命令。 “瘦服务器”收到该命令, 即将应用网页 的备份发至请求 PC 机端,并在 IE 浏览器上打开。此时,用户在打开的网页上填写各种控制 参数和控制命令,完毕后提交。“瘦服务器”系统收到所有参数命令后,进行相应的处理, 通过单片机 I/O 来操纵连接到单片机的各种设备,同时将所得到的数据回传至远端用户 PC 机上,以曲线表格等形式显示。

本课题以 Atmel 公司的 CPU、以太网接口芯片、网页存储器和相关芯片为硬件基础, 自主开发 TCP/IP 相关组件及 C 语言代码和智能家庭控制网页。硬件部分的设计分为:主控 单片机硬件设计,以太网接口芯片硬件设计,网页存储器硬件设计,其它辅助电路设计。

为了保证运行速度和系统处理信息容量, 综合其它因素, 选定 Atmel 公司的 ATmega103 为主控单片机,其运行速度比51系列快20倍,内有64KRAM 和128KROM。以太网接口芯片采用 Crystal 公司的 CS8900,其处理速度、 容量等性能都比较适合本系统。 网页存储器采用 Atmel 公司的 AT45D021 / Dataflash,其存储容量达2Mbyte。外扩 SRAM 采用 ASTC256。

其它辅助电路设计, 采用 FPGA 应用技术加以集成, 采用 Atmel 公司的大规模可编程集

成电路芯片 ATF1502AS。 硬件框架图如图2所示, 嵌入软件方案图如图3所示。 全套嵌入软件, 在 AVR 单片机仿真机上开发,开发语言采用 C51。

4 结束语 本文以 ATMEGA103为主控 CPU,提供了一种嵌入式"瘦服务器"的设计思路。嵌入式“瘦 服务器”有广阔的发展前景,愿本文提供的设计思路能起到抛砖引玉的作用。


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