基于AVR单片机的嵌入式“瘦服务器”系统设计思想

1 引言

21世纪，计算机的发展进入了一个充满机遇的阶段——后PC时代。继PC机之后， 形式多样的数字化产品已经开始成为信息处理的一大主要工具，并且正在逐步形成一个充满商机的巨大产业。后PC时代的到来，使得人们开始越来越多地接触到一个新的概念——嵌入式产品。像手机、PDA(如商务通)等均属于手持的嵌入式产品，VCD机、机顶盒等也属于嵌入式产品，而像车载GPS系统、数控机床、网络冰箱等同样都采用嵌入式系统。形式多样的数字化设备正努力把Internet连接到人们生活的各个角落，这意味着，中国数字化设备的潜在消费者数量将以亿为单位。嵌入式瘦服务器是嵌入式Internet时代的关键和核心技术之一，如果说PC机的发展带动了整个桌面系统的发展，那么，嵌入式瘦服务器的普及必将为嵌入式Internet产业的蓬勃发展提供无穷的推动力。

中国拥有世界上最大的家用电子产品消费市场，彩电、VCD等的拥有量都居世界第一，随着消费结构的改变，人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求，这些只能通过家电的数字化和网络化来实现。同时，现代化的医疗、测控仪器和机电产品也需要有专用的嵌入式瘦服务器的支持。这些需求都极大地刺激了嵌入式服务器的发展和产业化的进程。

信息电器是指所有能提供信息服务或通过网络系统交互信息的消费类电子产品，它具有典型信息服务功能，如：网络浏览、视频点播、文字处理、电子邮件、个人事物管理等，又应该简单易用、价格低廉、维护简便。

家用电器向数字化和网络化发展，电视机、冰箱、微波炉、电话等都将嵌入单片微处理机，并通过家庭控制中心与Internet连接，转变为智能网络家电。据估计，信息家电(网络冰箱、机顶盒、家庭网关、数字机顶盒等)未来十年间总量可达到1亿～1.5亿台，总市场需求将达到900亿～1500亿元。

未来的智能化家庭要求有能和Internet连接的控制设备。本文讨论的"嵌入式瘦服务器"提供了完备的TCP/IP支持和以太网接口。可以把数字化家电接入Internet，并提供远程访问和控制网页。

2 什么是"瘦服务器"

将完整的TCP/IP等网络协议嵌入单片机系统，使单片机系统能够完成服务器的基本功能，相对于正规的大型而完备的服务器，此单片机系统软、硬件上都为小型，但是具备基本的组件，故称"瘦服务器"。本文的主要内容为：以AVR单片机为主控CPU芯片，提供 "瘦服务器"的软件、硬件的组成框图。

该"瘦服务器"的应用前途广泛，可以应用于各行各业的Internet远端监控系统中。主要应用于：(1)网络家电产品，通过该系统把数字化家电直接接入Internet网络，组成intelligentized home；(2)城市网络自动售货机；(3)城市交通Internet监控；(4)楼宇防火防盗Internet监控；(5)工厂生产设备Internet监控。应用实例如图1所示。

3 硬件框图和软件框图

此系统的硬件主要包括：主控CPU，以太网接口芯片，网页存储器和其它辅助电路。软件包括：网络协议软件和应用层软件。该系统通过以太网接口芯片接入Internet，用户通过接入Internet的远端PC、远程IE浏览器，输入该系统所配的IP网址，即可通过Internet向此"瘦服务器"发送一个请求网页备份的命令。"瘦服务器"收到该命令，即将应用网页的备份发至请求PC机端，并在IE浏览器上打开。此时，用户在打开的网页上填写各种控制参数和控制命令，完毕后提交。"瘦服务器"系统收到所有参数命令后，进行相应的处理，通过单片机I/O来操纵连接到单片机的各种设备，同时将所得到的数据回传至远端用户PC机上，以曲线表格等形式显示。

本课题以Atmel公司的CPU、以太网接口芯片、网页存储器和相关芯片为硬件基础，自主开发TCP/IP相关组件及C语言代码和智能家庭控制网页。硬件部分的设计分为：主控单片机硬件设计，以太网接口芯片硬件设计，网页存储器硬件设计，其它辅助电路设计。

为了保证运行速度和系统处理信息容量，综合其它因素，选定Atmel公司的ATmega103为主控单片机，其运行速度比51系列快20倍，内有64K RAM和128K ROM。以太网接口芯片采用Crystal公司的CS8900，其处理速度、容量等性能都比较适合本系统。网页存储器采用Atmel公司的AT45D021/Dataflash，其存储容量达2Mbyte。外扩SRAM采用ASTC256。

其它辅助电路设计，采用FPGA应用技术加以集成，采用Atmel公司的大规模可编程集成电路芯片ATF1502AS。

硬件框架图如图2所示。

嵌入软件方案图如图3所示。

全套嵌入软件，在AVR单片机仿真机上开发，开发语言采用C51。

4 结束语

本文以ATMEGA103为主控CPU，提供了一种嵌入式"瘦服务器"的设计思路。嵌入式"瘦服务器"有广阔的发展前景，愿本文提供的设计思路能起到抛砖引玉的作用。

参考文献

[1] 李明等.嵌入式TCP/IP协议栈的研究与开发.计算机工程与应用，2002(16)
     [2] 陈学泉等.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用.电子技术应用，2002(8)
     [3] Douglas E Comer. Internetwork with TCP/IP.北京：清华大学出版社，2002