關(guān)于單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

摘 要：在飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)之下，使得基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)得到了很大的關(guān)注與重視，并且被運(yùn)用到不同的行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，比如，工業(yè)和智能設(shè)備當(dāng)中的安全保護(hù)系統(tǒng)、探測(cè)控制系統(tǒng)、信息家電等不同的領(lǐng)域。當(dāng)把互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)相連之后，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可以達(dá)到準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程信息、傳遞和管控等效果，而且充分發(fā)揮出基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的良好作用，完成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的任務(wù)。本文通過(guò)闡述單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)情況，說(shuō)明了單片機(jī)與網(wǎng)卡接口電路的具體狀況，同時(shí)探究了針對(duì)基于單片機(jī)下TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，從而有效提升基于單片機(jī)下嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的總體水平。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的來(lái)臨，讓計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了廣泛地運(yùn)用，網(wǎng)絡(luò)的利用率變得越來(lái)越高。在此過(guò)程當(dāng)中，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)獲得了相應(yīng)的重視。實(shí)際上，從目前的發(fā)展情況來(lái)看，很多智能家電、安全防護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中均已經(jīng)得以運(yùn)用，并且取得了良好的應(yīng)用效果。在互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)相連以后，無(wú)疑能夠帶給信息數(shù)據(jù)測(cè)定工作更大的便利，使其變得更加高效。通過(guò)注重互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)之間的有效融合，能夠加快嵌入式系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用的速度，進(jìn)而發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。鑒于此，系統(tǒng)思考和分析基于單片機(jī)的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)顯得尤為必要，擁有一定的研究意義與實(shí)踐價(jià)值。

一、單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)概述

對(duì)于單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而言，應(yīng)該提高對(duì)單片機(jī)資源的利用效率，以便實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議棧的效果。在此過(guò)程當(dāng)中，一大關(guān)鍵點(diǎn)是需要借助單片機(jī)自身十分有限的資源科學(xué)、高效地處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，有利于確保相關(guān)信息能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)傳輸環(huán)節(jié)當(dāng)中主要運(yùn)用的相關(guān)數(shù)據(jù)包。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體策略類型非常多，其中涵蓋了專門化嵌入式芯片、借助嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建專用網(wǎng)，并依靠PC機(jī)網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連、依靠網(wǎng)絡(luò)管控芯片以及常規(guī)的單片機(jī)等不同的方式[1]。

二、單片機(jī)與網(wǎng)卡接口電路的說(shuō)明

第一，關(guān)于此次研究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體方案如下：此系統(tǒng)所選用的單片機(jī)為日常運(yùn)用當(dāng)中十分常見(jiàn)的，并且價(jià)格較低，為MCS8051系列。在網(wǎng)卡方面，主要選用了以太網(wǎng)控制器裝置芯片。由于互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包含了極大的程序代碼，因此，不僅包括網(wǎng)卡、單片機(jī)裝置，系統(tǒng)同樣需要增加部分處在外端的電路。在上述外端電路當(dāng)中則涵蓋了RS232 接口、RAM 存儲(chǔ)器等部分。其中， 接口針對(duì)的為單片機(jī)與外端設(shè)備實(shí)施數(shù)據(jù)交互的一個(gè)接口;RAM 存儲(chǔ)器針對(duì)的為數(shù)據(jù)信息的緩存器裝置。此系統(tǒng)的整體功能設(shè)計(jì)情況見(jiàn)下圖1。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于此系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的功能在于針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息、封包串口RS232內(nèi)數(shù)據(jù)的解包處理。在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)設(shè)備傳輸來(lái)相關(guān)數(shù)據(jù)包以后，便借助互聯(lián)網(wǎng)中的物理媒介有效傳輸至以太網(wǎng)控制器的芯片當(dāng)中。而以太網(wǎng)控制器芯片通過(guò)相應(yīng)的地址接線協(xié)議以后，便會(huì)交由單片機(jī)裝置[2]。此時(shí)，單片機(jī)能夠?qū)嵤㏕CP/IP協(xié)議。當(dāng)將TCP/IP 的報(bào)頭消除以后，便可以借助RS232 接口把相關(guān)數(shù)據(jù)交由相關(guān)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行處理。假如有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施接收到有關(guān)數(shù)據(jù)以后，便能夠傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，此時(shí)單片機(jī)便根據(jù)相關(guān)TCP/IP 協(xié)議的格式加以封包處理，接著傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)控制器芯片當(dāng)中，隨后依靠相關(guān)網(wǎng)卡芯片。便可以將其及時(shí)傳輸至互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中。顯然，借助此種形式，可以達(dá)到單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)之間數(shù)據(jù)信息通信的效果，如此，可以依靠互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的方式，達(dá)到對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制目的，發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

第二，對(duì)于此系統(tǒng)而言，單片機(jī)屬于其主要的構(gòu)成零件，因此，單片機(jī)與網(wǎng)卡接口電路十分關(guān)鍵。該系統(tǒng)選用的單片機(jī)為8051 系列。此種單片機(jī)不但獲得了十分廣泛地運(yùn)用，而且價(jià)格較為低廉，自身的結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。對(duì)于相關(guān)工業(yè)設(shè)施來(lái)說(shuō)，可以使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)一步下降。并且，使用8051 系列單片機(jī)編程的過(guò)程當(dāng)中更加簡(jiǎn)單、便捷，進(jìn)行程序調(diào)試的過(guò)程當(dāng)中同樣十分便利[3]。

三、針對(duì)基于單片機(jī)下TCP/IP 協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)的探究

通常情況下，在互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，TCP/IP 協(xié)議屬于其中最主要的協(xié)議。所以，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，首先應(yīng)該達(dá)成互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議。因?yàn)楸粏纹瑱C(jī)資源所限制影響，所以，增加了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議的難度。從當(dāng)前很多大企業(yè)所設(shè)計(jì)的商業(yè)嵌入式TCP/IP 協(xié)議棧情況來(lái)看，雖然在針對(duì)性方面的效果很顯著，但是欠缺一定的通用性，并且研發(fā)成本需要的費(fèi)用也無(wú)法進(jìn)行估測(cè)[4]。假如在單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用了上述TCP/IP 協(xié)議棧，在性價(jià)比方面顯然會(huì)表現(xiàn)出更低的情況。筆者經(jīng)過(guò)查閱大量的相關(guān)研究論著與文獻(xiàn)資料之后，從中可以獲悉，科學(xué)選用TCP/IP 協(xié)議是非常關(guān)鍵的。

在此次研究的過(guò)程當(dāng)中，選用了TCP/IP 協(xié)議棧ulP0.9 ，與8/16 位的單片機(jī)是相匹配的，包含在小型嵌入式TCP/IP 協(xié)議棧的范疇當(dāng)中。有關(guān)工作人員具體進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該全面考慮到模塊化方面的問(wèn)題因素，針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)通信過(guò)程當(dāng)中所關(guān)聯(lián)到的協(xié)議制度來(lái)說(shuō)，需要借助TCP/IP 協(xié)議棧ulP0.9 進(jìn)行有效保留處理，以便縮減協(xié)議代碼量，進(jìn)而完成使相關(guān)系統(tǒng)資源下降的任務(wù)。所以，通過(guò)將TCP/IP 協(xié)議棧ulP0.9 合理運(yùn)用到單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，不僅擁有較強(qiáng)的適應(yīng)性，而且能夠發(fā)揮出良好的作用。由此可見(jiàn)，單片機(jī)下TCP/IP 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

四、單片機(jī)主程序的分析

當(dāng)?shù)讓釉O(shè)備應(yīng)用服務(wù)的功能模塊、驅(qū)動(dòng)功能模塊均增設(shè)完畢之后，需要科學(xué)配置ulP 。實(shí)施系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)的軟件編寫(xiě)的過(guò)程當(dāng)中，可以看作對(duì)單片機(jī)主程序函數(shù)的科學(xué)編寫(xiě)。具體開(kāi)展軟件編寫(xiě)的過(guò)程中，需要結(jié)合不同用戶的具體需要情況予以實(shí)施。針對(duì)此次研究的單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言，首先利用了以太網(wǎng)，接著與互聯(lián)網(wǎng)相連接，以便增強(qiáng)WEB 應(yīng)用的效果。一般而言，應(yīng)該快速啟動(dòng)系統(tǒng)，完成初始化處理，結(jié)束以后，主程序持續(xù)查詢。由于TCP/IP 協(xié)議棧ulP0.9 進(jìn)行編寫(xiě)過(guò)程中使用了C語(yǔ)言，因此，需要科學(xué)選用C語(yǔ)言完成編寫(xiě)與開(kāi)發(fā)單片機(jī)主程序的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與TCP/IP 協(xié)議棧ulP0.9 間相關(guān)數(shù)據(jù)的快速交換效果。

五、結(jié)論

從此次論文的論述與分析當(dāng)中，不難看出，系統(tǒng)分析與思考基于單片機(jī)的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)顯得尤為必要，具有一定的研究意義和實(shí)施價(jià)值。本文通過(guò)闡述單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)情況，說(shuō)明了單片機(jī)與網(wǎng)卡接口電路的具體狀況，同時(shí)探究了針對(duì)基于單片機(jī)下TCP/IP 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，分析了單片機(jī)主程序的情況。希望此次研究與分析的內(nèi)容和結(jié)果，能夠得到有關(guān)基于單片機(jī)的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)工作人員的關(guān)注與重視，并且從中獲取相應(yīng)的借鑒和幫助，以便增強(qiáng)基于單片機(jī)的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的實(shí)際效果，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)基于單片機(jī)的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，充分發(fā)揮出系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的良好作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟江，李麗，高屹.單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019，147（113）：264-268.

[2]楊茂澤，張曉波，劉昊然.分析單片機(jī)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].全文版：工程技術(shù)，2019，178（113）：126-130.

[3]李紅濤，劉明輝，趙馨誠(chéng).單片機(jī)嵌入式Internet技術(shù)研究及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)探討[J].電子制作，2019，168（198）：174-178.

[4]鄒云峰，馮小紅，劉紅艷.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究[J].河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào)，2019，157（151）：100-106.

作者簡(jiǎn)介：

袁協(xié)民（1984—），男，廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)、測(cè)控技術(shù)。