基于AVR單片機的嵌入式“瘦服務器”系統設計

　　1 引言

　　21世紀，計算機的發展進入了一個充滿機遇的階段――后PC時代。

　　繼PC機之后,形式多樣的數字化產品已經開始成為信息處理的一大主要工具，并且正在逐步形成一個充滿商機的巨大產業。后PC時代的到來，使得人們開始越來越多地接觸到一個新的概念――嵌入式產品。像手機、PDA(如商務通)等均屬于手持的嵌入式產品，VCD機、機頂盒等也屬于嵌入式產品，而像車載GPS系統、數控機床、網絡冰箱等同樣都采用嵌入式系統。形式多樣的數字化設備正努力把Internet連接到人們生活的各個角落，這意味著，中國數字化設備的潛在消費者數量將以億為單位。嵌入式瘦服務器是嵌入式Internet時代的關鍵和核心技術之一，如果說PC機的發展帶動了整個桌面系統的發展，那么，嵌入式瘦服務器的普及必將為嵌入式Internet產業的蓬勃發展提供無窮的推動力。

　　中國擁有世界上最大的家用電子產品消費市場，

　　彩電、VCD等的擁有量都居世界第一，隨著消費結構的改變，人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求，這些只能通過家電的數字化和網絡化來實現。同時，現代化的醫療、測控儀器和機電產品也需要有專用的嵌入式瘦服務器的支持。這些需求都極大地刺激了嵌入式服務器的發展和產業化的進程。

　　信息電器是指所有能提供信息服務或通過網絡系統交互信息的消費類電子產品，它具有典型信息服務功能，如：網絡瀏覽、視頻點播、文字處理、電子郵件、個人事物管理等，又應該簡單易用、價格低廉、維護簡便。

　　家用電器向數字化和網絡化發展，電視機、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入單片微處理機，并通過家庭控制中心與Internet連接，轉變為智能網絡家電。據估計，信息家電(網絡冰箱、機頂盒、家庭網關、數字機頂盒等)未來十年間總量可達到1億～1.5億臺，總市場需求將達到900億～1500億元。

　　未來的智能化家庭要求有能和Internet連接的控制設備。本文討論的“嵌入式瘦服務器”提供了完備的TCP/IP支持和以太網接口。可以把數字化家電接入Internet，并提供遠程訪問和控制網頁。

　　2 什么是“瘦服務器”

　　將完整的TCP/IP等網絡協議嵌入單片機系統，使單片機系統能夠完成服務器的基本功能，相對于正規的大型而完備的服務器，此單片機系統軟、硬件上都為小型，但是具備基本的組件，故稱“瘦服務器”。本文的主要內容為：以AVR單片機為主控CPU芯片，提供“瘦服務器”的軟件、硬件的組成框圖。

　　該“瘦服務器” 的應用前途廣泛，可以應用于各行各業的Internet遠端監控系統中。

　　主要應用于：(1)網絡家電產品,通過該系統把數字化家電直接接入 Internet網絡，組成intelligentizedhome;(2)城市網絡自動售貨機;(3)城市交通Internet監控;(4)樓宇防火防盜Internet監控;(5)工廠生產設備Internet監控。應用實例如圖1所示。

3 硬件框圖和軟件框圖

　　此系統的硬件主要包括：主控CPU，以太網接口芯片，網頁存儲器和其它輔助電路。軟件包括：網絡協議軟件和應用層軟件。該系統通過以太網接口芯片接入Internet，用戶通過接入Internet的遠端PC、遠程IE瀏覽器，輸入該系統所配的IP網址，即可通過Internet向此“瘦服務器”發送一個請求網頁備份的命令。“瘦服務器”收到該命令，即將應用網頁的備份發至請求PC機端，并在IE瀏覽器上打開。此時，用戶在打開的網頁上填寫各種控制參數和控制命令，完畢后提交。“瘦服務器”系統收到所有參數命令后，進行相應的處理，通過單片機I/O來操縱連接到單片機的各種設備，同時將所得到的數據回傳至遠端用戶PC機上，以曲線表格等形式顯示。

　　本課題以Atmel公司的CPU、以太網接口芯片、網頁存儲器和相關芯片為硬件基礎，自主開發TCP/IP相關組件及C語言代碼和智能家庭控制網頁。硬件部分的設計分為：主控單片機硬件設計，以太網接口芯片硬件設計，網頁存儲器硬件設計，其它輔助電路設計。

　　為了保證運行速度和系統處理信息容量，綜合其它因素，選定Atmel公司的ATmega103為主控單片機，其運行速度比51系列快20倍，內有64KRAM和128KROM。以太網接口芯片采用Crystal公司的CS8900,其處理速度、容量等性能都比較適合本系統。網頁存儲器采用Atmel公司的AT45D021 / Dataflash，其存儲容量達2Mbyte。外擴SRAM采用ASTC256。

　　其它輔助電路設計，采用FPGA應用技術加以集成，采用Atmel公司的大規模可編程集成電路芯片ATF1502AS。硬件框架圖如圖2所示，嵌入軟件方案圖如圖3所示。全套嵌入軟件，在AVR單片機仿真機上開發，開發語言采用C51。

4 結束語

　　本文以ATMEGA103為主控CPU，提供了一種嵌入式"瘦服務器"的設計思路。嵌入式“瘦服務器”有廣闊的發展前景，愿本文提供的設計思路能起到拋磚引玉的作用。