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MCU應用系統與Internet連接的一種新技術(shù)
摘要：介紹一種新型的智能網(wǎng)絡(luò )接口芯片PS2000及其應用。PS2000是Webchip網(wǎng)絡(luò )接口系列中的重要成員，通過(guò)它可以實(shí)現智能裝置與PC機平臺的網(wǎng)關(guān)接口，使智能裝置通過(guò)PS2000上網(wǎng)十分方便，設計者在設計這樣的系統時(shí)無(wú)須熟知網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。
前言
今天為們生活在一個(gè)信息時(shí)代，Internet已經(jīng)成為信息社會(huì )的重要組成部分，Internet技術(shù)將深入到日常生活和工作所用到的電子設備中。我們知道，Internet技術(shù)得以迅速發(fā)展的主要推動(dòng)力之一是標準十分成熟的PC工業(yè)。無(wú)論是PC機的硬件平臺，還是軟件操作系統都高度標準化，上網(wǎng)的操作方式也不同小異。然而，對于各類(lèi)智能裝置和家用電器情況就不同了，它們的“心臟”是一顆被稱(chēng)之為微控制器（MCU）的芯片，俗稱(chēng)單片機。由于微控制器芯片品種達數百種，這些微控制器的硬件結構和指令系統各不相同，因此，不能像PC機那樣通過(guò)標準的硬件接口和接口軟件直接接入Internet網(wǎng)絡(luò )。如何讓各類(lèi)智能裝置或家用電器與Internet連接起來(lái)，既能充分利用現有的Internet技術(shù)和資源，又能以很低的成本將各類(lèi)智能裝置或家用電器與Internet連接起來(lái)，以便人們能夠遠程獲得這些電子設備的信息并控制它們的運行，已成為今天信息界關(guān)注的焦點(diǎn)。
目前國內外許多廠(chǎng)家正在研制和推廣網(wǎng)絡(luò )芯片。由武漢力源電源股份有限公司研制并具有自主產(chǎn)權的Web接口芯片Webchip，既能滿(mǎn)足上述功能又具有低成本、
易于掌握等優(yōu)點(diǎn)，是智能裝置和家電產(chǎn)品連接Internet的理想“橋梁”。它可將Internet技術(shù)延伸到更為廣闊的應用領(lǐng)域。
由于Webchip是一種獨立于各種微控制器的通用標準化產(chǎn)品，工程師使用Webchip開(kāi)發(fā)具有網(wǎng)絡(luò )功能的智能裝置時(shí)，既不需要了解復雜的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，也不需要改原來(lái)已成熟的設計，只須增加一小段和Webchip通信的接口程序即可。因此，用戶(hù)能夠大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。
一、PS2000的結構與原理簡(jiǎn)介
PS2000是Webchip網(wǎng)絡(luò )接口系列中的重要成員，其原理框圖如圖1所示。它主要由核心控制單元、UART、嵌入式Modem接口模塊、標準Modem接口、RS-485收發(fā)控制單元、LED顯示控制、DS2401接口、SPI接口模塊等組成。
核心控制單元主要實(shí)現通信和協(xié)議轉換；DS2401接口為電子標簽接口，用于連接DS2401集成電路，為電子設備提供惟一的電子標準；通過(guò)SPI串行接口，可與MCU應用系統方便連接；狀態(tài)顯示接口能直接驅動(dòng)LED；有多種串行通信方式可供選擇——可外接RS-232、RS485、嵌入式Modem或標準Modem等接口電路，也可選用RF或IrDA通信方式。PS2000為44腳MQFP封裝，采用單5V電源，具有體積小、功耗低、與emGateway TM的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議兼容等特點(diǎn)。
PS2000片內駐留有網(wǎng)絡(luò )協(xié)議解釋與網(wǎng)絡(luò )協(xié)議編譯程序模塊。它與MCU應用系統的信息交換由17條簡(jiǎn)單的指令進(jìn)行控制；與PC機網(wǎng)關(guān)通信時(shí)，負責對網(wǎng)絡(luò )協(xié)議進(jìn)行規范或解釋。由于PC機網(wǎng)關(guān)能提供HTTP服務(wù)，可以與計算機瀏覽器（Netscape,Internet Explore等）接口，故MCU應用系統通過(guò)PS2000上網(wǎng)十分方便。
二、MCU應用系統與Internet的連接
1.PS2000與基于PC平臺的網(wǎng)關(guān)通信
PS2000與PC機的連接十分靈活，可選用RS232、RS485，Modem之一進(jìn)行通信，以滿(mǎn)足遠/近程、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的通信要求。通過(guò)PS2000通信控制單元的通信控制字可選擇RS232，RS485，Modem進(jìn)行通信。
2.MCUNet協(xié)議簡(jiǎn)介
PS2000內部固化了MCUNet協(xié)議。MCUNet協(xié)議是MCU電子設備與計算機平臺上的Gateway建立聯(lián)系的一種軟件協(xié)議，結構簡(jiǎn)單，功能強，與emGateway和OSGI協(xié)議兼容。
首先，MCUNet協(xié)議規定了一種主從關(guān)系，Gateway永遠是主系統（master），而電子設備永遠是從系統（slave）。Gateway可以授權電子設備回撥（Callback）。
其次，MCUNet定義了電子設備系統的狀態(tài)性能參數表（capabilities table）和變量表（variables table）。電子設備與Gateway之間信息交換的過(guò)程是建立在MCU系統狀態(tài)性能參數表和變量表基礎上的。
電子設備的系統狀態(tài)性能參數表的作用是把電子設備系統的一些特性參數告訴Gateway，如系統變量表中變量的個(gè)數、變量表所占用的字節數、非易失性存儲器的大小、字符串的表達類(lèi)型（ASCII，UNICODE或其他）等。
電子設備的系數變量表的作用就是把MCU與Gateway之間需要交換的信息羅列出來(lái)，通過(guò)一個(gè)變量表來(lái)表達。MCU與Gateway之間所有交換的信息都在這個(gè)變量表的表達范圍之內。超出變量表的信息，Grateway將不予受理。
3.PS2000與MCU接口
MCU應用系統一般都是以單片機為核心的一個(gè)應用系統。以MCS-51單片機為例，PS2000與MCS-51單片機的連接如圖2所示。
4.MCU應用系統與Internet連接的方案
MCU應用系統采用Webchip PS2000接入Internet的網(wǎng)絡(luò )結構如圖3所示。MCU應用系統通過(guò)PS2000網(wǎng)絡(luò )芯片的標準SPI串口與Gateway網(wǎng)關(guān)連接。具Gateway網(wǎng)關(guān)的計算機可以是一臺以Windows操作系統為平臺的普通桌面PC機。一方面，它支持復雜的Internet TCP/IP協(xié)議并能提供HTTP服務(wù)，從而允許客戶(hù)通過(guò)現在普遍使用的網(wǎng)
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