嵌入式WEB傳感器的網絡化接口設計

摘要：介紹了嵌入式ＷＥＢ傳感器的體系結構，提出了網絡化接口中TCP/IP協議棧的幾種實現方式，著重探討了基于TCP/IP協議棧芯片W3100A的網絡化接口的實現，最后分析了嵌入式WEB傳感器的ＷＥＢ功能的實現。

    關鍵詞：嵌入式ＷＥＢ傳感器 網絡化接口

嵌入式ＷＥＢ傳感器是在智能傳感器的基礎上發展起來的具有Ｉｎｔｅｒｎｅｔ功能的新型傳感器。其實質是在傳統傳感器的基礎上實現ＴＣＰ／ＩＰ網絡通信協議接口，將傳感器作為網絡節點直接與計算機網絡通信。它的組成主要有：敏感單元、智能處理單元和ＴＣＰ／ＩＰ通信協議接口。

圖１為嵌入式ＷＥＢ傳感器的體系結構。傳統的傳感器在嵌入式ＷＥＢ傳感器中只占一部分。核心部分是完成信號處理、數據交換和控制的嵌入式智能單元以及完成數據傳輸的ＴＣＰ／ＩＰ網絡接口。整個傳感器的工作機理是：傳感器將被測物理量轉換為電信號，通過Ａ／Ｄ轉換為數字信號，經過微處理器的數據處理 （濾波、校準）后將結果傳送給網絡；與網絡的數據交換由基于ＴＣＰ／ＩＰ協議的網絡接口模塊完成。嵌入式ＷＥＢ傳感器的內部存儲器存儲傳感器的物理特征，如偏移、靈敏度、校準參數等；微處理器實現數據的處理和補償以及輸出校準；ＴＣＰ／ＩＰ協議實現傳感器的直接網絡連接。與傳統的傳感器相比，基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的嵌入式ＷＥＢ傳感器更加可靠、便宜，擴展性更好且可以在內部直接對原始數據加工、處理，并通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ與外界進行數據交換。因而它具有微型化、網絡化和智能化。傳感器的網絡化接口實現了對Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或以太網的互連以進行信息的發布和資源共享。其實現方式是嵌入式ＷＥＢ傳感器研究的重點。

網絡化接口實現的關鍵在于ＴＣＰ／ＩＰ通信協議的實現。ＴＣＰ／ＩＰ通信協議的實現方法主要有：采用協議棧移植，針對嵌入式系統，將ＴＣＰ／ＩＰ協議棧移植到系統中，然后調用相關的ＡＰＩ函數實現網絡通信；不采用移植方式，參照標準的ＴＣＰ／ＩＰ協議精簡相應的協議層，編寫相關的ＡＰＩ函數完成簡易的ＴＣＰ／ＩＰ通信；采用協議芯片，如Ｗ３１００Ａ芯片，該方法直接采用硬件方式實現ＴＣＰ／ＩＰ協議，直接對芯片的寄存器進行設置，實現數據對網絡的傳送。本文著重探討采用Ｗ３１００Ａ芯片實現嵌入式ＷＥＢ傳感器的網絡化接口的問題。

１ 網絡化接口的實現

１．１ Ｗ３１００Ａ芯片及處理器對其訪問的實現

Ｗ３１００Ａ是一ＴＣＰ／ＩＰ協議棧芯片，包含的各協議層有：ＴＣＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＩＣＭＰ和以太網協議的數據鏈路ＤＬＣ，以及ＭＡＣ協議。其工作方式類似于Ｗｉｎｄｏｗｓ的Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ。芯片的內部結構示意如圖２所示。

該芯片可選擇地支持Ｉｎｔｅｌ／Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＭＣＵ接口，另外還提供一個Ｉ２Ｃ接口給上層應用層，一個ＭＩＩ接口給底層物理層。芯片支持全雙工模式，內部帶有雙口的ＳＲＡＭ數據緩沖區。其封裝是６４腳的ＬＱＦＰ。

芯片提供寄存器供ＭＣＵ訪問，具體的寄存器分類如下：控制寄存器（命令、狀態及中斷）；系統寄存器（網關地址、子網掩碼、ＩＰ地址等）；用于數據收、發的指針寄存器；通道操作的通道寄存器。

比較重要的幾個寄存器如表１所示。

表1 寄存器功能和地址

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