基于單片機的嵌入式系統網絡設計方案

系統主應用程序的實現

　　系統初始化后，進入主程序循環的兩部分：一是對接收到的以太網數據幀進行解包，供應用程序使用，一是對發送的數據進行封裝并發送，使采用TCP/IP協議的以太網內的所有計算機都能收到此數據幀。圖2是系統的主應用程序的流程圖。

　　圖2 系統的主應用程序的流程圖

　　單片機實現TCP/IP協議的難點

　　51單片機的程序空間、可用的內存RAM、運算速度、指令集等原因，在UNIX或Windows上實現的TCP/IP協議的源代碼并不能夠直接移植到8位的單片機上。在51單片機上編寫代碼會受許多限制，特別是實現TCP/IP協議這樣關系復雜的程序，我們必須根據實際情況盡可能挖掘51單片機的性能。綜合來說，單片機實現與UNIX實現TCP/IP有如下區別：

　　（1）操作系統：Windows或UNIX都是多任務操作系統，這使得代碼編寫簡單化，在單片機只能是單任務系統，代碼結構為順序執行+硬件中斷的方式，無法并發執行。

　?。?）內存分配：Windows或UNIX的內存分配是動態的。而一般單片機只有外接的一塊32K字節的RAM,并同時被各個協議使用。一個最大的以太網數據包有1.5K字節，分配一包的緩沖區就要1.5K字節。為此，我們分配一個256×6=1536個字節的固定的RAM來存放收到的以太網數據包。收到一包就處理一包。

　?。?）指針：在PC里所有程序都必須先放在RAM里才能運行，所以它的指針都指向RAM.而單片機的結構和PC的結構有很大差別，指針類型很多，各指針運算的速度也不一樣，特別是“一般指針”運算很慢，還會占用很多程序空間。UNIX實現TCP/IP的源代碼中，用得最多的就是指針，而在單片機里一般要求少用指針，或使用特定類型的指針。對使用UNIX的源代碼需要作很多的改動。

　?。?）參數傳遞：在UNIX實現的TCP/IP源代碼中，一般有很多的參數傳遞，而在單片機里允許傳遞的參數是有限的（因為受到內部RAM的限制），同時參數傳遞的過程要浪費程序代碼空間，也降低單片機執行速度。所以在單片機的實現里，一般不要做太多的參數傳遞，而多使用公共的全局變量來實現調用的過程。

　　（5）硬件接口：在UNIX或Windows里，對網卡驅動無一例外都是采用中斷方式，因為PC的處理速度快，一次中斷的處理時間也很短，不會影響系統內的其它中斷。而在單片機的應用中，大部分的方案都是查詢式的。PC的NE2000的網卡，一般都是用16位DMA的方式，而在單片機里卻只能用8位DMA方式。這也使UNIX對網卡驅動的代碼不能直接移植。

　　結語

　　本文設計的嵌入式網絡接入方案，采用廉價的8位51單片機實現了簡化TCP協議和UDP協議，并支持主動和被動連接、跨越網關，實現互聯網接入，在被控設備與上位控制機之間提供了一條透明的傳輸通道，用戶不需對原有串口設備或其他數字設備做任何修改，就可享受到網絡的好處。目前，本文的系統已被成功使用在網絡化的數據采集器中。