ARM 處理器的嵌入式新浪微博客戶端設計※

張佳進，陳立暢，譚雅青，唐君君，聶劍鋒

（1.云南農(nóng)業(yè)大學 基礎與信息工程學院，昆明650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學 機電工程技術學院）

張佳進（講師），研究方向為嵌入式系統(tǒng)、計算機測控；陳立暢（講師），研究方向為智能信息處理。

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的迅速發(fā)展，許多嵌入式系統(tǒng)具備了聯(lián)網(wǎng)功能，為方便系統(tǒng)開發(fā)者集中監(jiān)控和管理遠程嵌入式系統(tǒng)，同時方便其他PC網(wǎng)上用戶或智能手機App能夠獲取嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程讀數(shù)與控制［1－3］，本文提出了以STM32F103RC 處理器為核心，結合WIZnet公司的W5500 以太網(wǎng)接口芯片，利用新浪微博的二次開發(fā)接口［4］，設計了嵌入式新浪微博客戶端，從而實現(xiàn)社交網(wǎng)絡與嵌入式硬件系統(tǒng)的互動，可以把人與人的關系拓展到人與物的關系、物與物的關系。本系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結構

1 系統(tǒng)主要硬件介紹

1.1 STM32F103RC微控制器

STM32F103RC 是 基 于Cortex－M3 內(nèi) 核 的32 位ARM 處理器芯片，其工作頻率可達72 MHz；內(nèi)置高速大容量存儲器（512KB Flash、64KB RAM）；豐富的增強I／O端口和外設資源，包括2 個12 通道DMA 控制器、5 路USART、3路SPI以及12位的ADC、DAC、FSMC、SDIO、USB、CAN 總線、I2C 總線等；具有標準和先進的通信接口；提供可編程電壓檢測器（PVD），保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，具備較強的抗干擾能力。STM32F103RC 廣泛應用于醫(yī)療、手持終端、智能儀器儀表、計算機測控等領域［5］。

1.2 W5500以太網(wǎng)控制器

W5500是一款全硬件TCP／IP嵌入式以太網(wǎng)控制器，使用硬件邏輯門電路實現(xiàn)TCP／IP協(xié)議棧的傳輸層及網(wǎng)絡層（包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE 等協(xié)議），并集成了數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，以及32KB片上RAM作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩存器。從而把網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量的處理工作全部轉移到W5500集成硬件中進行，使得嵌入式主控芯片MCU 只需承擔TCP／IP應用層控制信息的處理任務，從而大幅減少了上位機對于數(shù)據(jù)復制、協(xié)議處理和中斷處理等方面的工作量，提升了系統(tǒng)利用率及可靠性。

在操作過程中，可以把W5500作為MCU 的一個外設RAM 來使用，操作簡單方便。另外，W5500提供網(wǎng)絡喚醒及省電模式供客戶選用，從而降低系統(tǒng)功耗；還提供了SPI串行接口，能夠很容易實現(xiàn)與外設MCU 的整合，為嵌入式系統(tǒng)提供了簡易的互聯(lián)網(wǎng)接入方案。圖2 為W5500硬件系統(tǒng)結構［6］。

圖2 W5500硬件系統(tǒng)結構

2 嵌入式微博客戶端硬件評估板

圖3為嵌入式微博客戶端硬件評估板，其系統(tǒng)結構和主要電路原理圖分別見圖4～圖6，該系統(tǒng)主要包括以下模塊：

①USB 電 源、RS232 通 信模塊；

②RESET 復位模塊，復位MCU；

③AT24C16EEPROM 存儲模塊，存儲系統(tǒng)參數(shù)等信息；

圖3 嵌入式微博客戶端硬件測試板

圖4 嵌入式微博客戶端硬件系統(tǒng)原理

④W5500模塊，實現(xiàn)以太網(wǎng)接口功能；

⑤STM32F103RC ARM 處理器；

⑥RJ45以太網(wǎng)硬件接口模塊；

⑦JTAG 程序下載接口模塊。

3 嵌入式微博客戶端軟件實現(xiàn)

3.1 ARM CPU軟件開發(fā)環(huán)境構建

為了方便ARM Cortex系列CPU 的開發(fā)，本文采用了IAR Embedded Workbench for ARM，32K Kick start Edition，它是一個針對ARM 處理器的集成開發(fā)環(huán)境，包含編輯器、項目管理器、C／C＋＋編譯器和ARM 匯編器等。

3.2 W5500的配置與開發(fā)

W5500可以配置為TCP、UDP、IPRAW、PPPoE模式進行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，在本文中只介紹TCP和新浪微博服務器的通信流程。由于W5500已經(jīng)固化了TCP／IP協(xié)議棧，因此只需創(chuàng)建Socket接口即可實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，從而大幅簡化了軟件設計流程。W5500支持服務器和客戶端模式，在本系統(tǒng)中，W5500扮演了客戶端模式，其工作原理略——編者注。

3.3 嵌入式客戶端代碼

在STM32F103RC處理器中，嵌入式新浪微博客戶端與微博服務器的數(shù)據(jù)通信C語言示例代碼如下：

圖5 測試板STM32F103RC電路圖

圖6 測試板W5500電路圖

4 嵌入式微博客戶端測試結果

在本系統(tǒng)測試案例中，STM32F103RC使用了SHT11數(shù)字溫濕度傳感器和BH1750光照度傳感器對客廳的溫濕度與光線亮度進行測量采集，并通過W5500把數(shù)據(jù)發(fā)送到新浪微博。

例如在2014年5月11日15：50，客廳的溫度是25.5℃、濕度46%、光線亮度為431Lux，其測試結果略——編者注。

多次測試表明，以W5500為核心的嵌入式新浪微博客戶端具有功耗低、實時性好、穩(wěn)定可靠等特點。

結 語

本文采用STM32F103RC 處理器和以太網(wǎng)接口芯片W5500，同時結合新浪微博二次開發(fā)接口，設計了嵌入式新浪微博客戶端，目的是實現(xiàn)微博社交網(wǎng)絡與智能嵌入式系統(tǒng)的交流互動，雖然本文采用的社交網(wǎng)絡是新浪微博，但是通過適當修改和拓展客戶端ARM 程序后，可以把本系統(tǒng)移植到擁有眾多用戶的微信平臺上，從而進一步打造創(chuàng)新型智能硬件系統(tǒng)。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［2］陳海生，鄧銳，王峰，等.可復用的基于ARM 的W5100底層驅動設計［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2013，13（3）：39－42.

［3］D Zeng，S Guo，Z Cheng.The web of things：A survey［J］.Journal of Communications，2011，6（6）：424－438.

［4］微 博 開 發(fā) 平 臺［EB／OL］.［2015－01］.http：／／open.weibo.com／.

［5］彭剛，秦志強.STM32 系列嵌入式微控制器應用實踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［6］W5500［EB／OL］.［2015－01］.http：／／wizwiki.net／wiki／doku.php？id＝products.