隨著信息時(shí)代的到來(lái)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，人們開(kāi)始越來(lái)越多地接觸到一個(gè)新概念——嵌入式產(chǎn)品。將嵌入式系統(tǒng)接入Internet，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、維護(hù)和升級(jí)，而且可實(shí)現(xiàn)資源共享。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，一個(gè)外部界面是必不可少的，利用Web瀏覽器可使用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理和更新，大大簡(jiǎn)化了人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。若在系統(tǒng)中嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將使系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可移植性，另外，硬件設(shè)備的添加與裁剪也具有極大的靈活性。采用DHCP協(xié)議動(dòng)態(tài)獲得IP相關(guān)信息，使TCP/IP軟件不再依賴(lài)于存儲(chǔ)在芯片中的固定IP地址，這將為大型系統(tǒng)的安裝提供方便條件。
　　本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何在內(nèi)存資源有限的單片機(jī)系統(tǒng)上，利用實(shí)時(shí)內(nèi)核μC/OS-II把信息變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包，以便通過(guò)IE瀏覽器監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備的狀態(tài)。
　　1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)概述
　　本設(shè)計(jì)采用Internet監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器?？蛻舳送ㄟ^(guò)IE瀏覽器對(duì)該服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)時(shí)地獲得設(shè)備的狀態(tài)信息，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和維護(hù)。這樣，就要求服務(wù)器提供WWW服務(wù)，即實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議。它應(yīng)被所有瀏覽器支持，以保證任何地方的用戶都可通過(guò)瀏覽器下達(dá)命令。在網(wǎng)絡(luò)接口上，本系統(tǒng)選擇以太網(wǎng)為其運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。圖1所示為HTTP設(shè)計(jì)模型。首先，客戶端的瀏覽器與Web服務(wù)器使用一個(gè)或多個(gè)TCP連接，通過(guò)80號(hào)端口進(jìn)行通信，瀏覽器通過(guò)HTTP協(xié)議瀏覽事先存儲(chǔ)在EEROM中的控制網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)該網(wǎng)頁(yè)傳遞控制命令到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，然后服務(wù)器對(duì)命令進(jìn)行解析，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)以控制外部I/O設(shè)備。
　　
　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。在硬件部分嵌入了TCP/IP協(xié)議棧。因系統(tǒng)資源有限，在保持協(xié)議分層體系結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)盡量精簡(jiǎn)協(xié)議內(nèi)容。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的原理，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下協(xié)議：DHCP、HTTP、TCP、IP、ICMP、ARP。
　　2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
　　本設(shè)計(jì)采用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境，在硬件上需要有網(wǎng)絡(luò)控制芯片。目前市面上有許多以太網(wǎng)絡(luò)控制芯片，但其大多數(shù)都耗電量高、功能復(fù)雜，不適合用于價(jià)格低廉的嵌入式系統(tǒng)中。在這里選用RTL8019AS［1］，其好處是NE2000兼容、軟件移植性好、接口簡(jiǎn)單、不需轉(zhuǎn)換芯片如PCI-ISA橋等。而單片機(jī)選擇89C55，它有20K的ROM，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要代碼能夠移植于它，就能較輕松地移植于其它架構(gòu)的CPU，比如ARM等。圖2為硬件原理框圖。24C64用來(lái)存儲(chǔ)物理地址及設(shè)備的相關(guān)信息等；外部RAM為數(shù)據(jù)處理提供緩存。系統(tǒng)提供了RS232接口用來(lái)進(jìn)行測(cè)試，提供了RJ45接口以便連接到以太網(wǎng)。
　　
　　3 操作系統(tǒng)的選擇
　　根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)必須滿足實(shí)時(shí)性和并發(fā)性的要求，以便更好地支持TCP/IP運(yùn)行時(shí)的調(diào)度，所以應(yīng)用軟件應(yīng)該基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。適合于片上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)比較多，但是代碼公開(kāi)且適合移植于51系列單片機(jī)的卻很少，主要有μC/OS-II、RTX51、Small RTOS51等。實(shí)時(shí)內(nèi)核μC/OS-II是專(zhuān)門(mén)為單片機(jī)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，圖3為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。它主要采用標(biāo)準(zhǔn)的ANSI C語(yǔ)言寫(xiě)成，與硬件有關(guān)的部分使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，以使操作系統(tǒng)能很方便地移植到其它的處理器。可見(jiàn)，使用嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用軟件只與上層的代碼有關(guān)而與處理器無(wú)關(guān)，在進(jìn)行軟件移植時(shí)僅需對(duì)與硬件相關(guān)的底層函數(shù)進(jìn)行修改，因此這樣的應(yīng)用軟件具有良好的可移植性和穩(wěn)定的可靠性。在μC/OS-II下編寫(xiě)TCP/IP協(xié)議，比傳統(tǒng)的前后臺(tái)系統(tǒng)要方便很多；用它分配內(nèi)存緩沖區(qū)，使用前申請(qǐng)，使用后釋放，可有效地利用系統(tǒng)資源。在程序設(shè)計(jì)時(shí)將TCP/IP協(xié)議棧做成任務(wù)，而用戶程序在另外的任務(wù)中運(yùn)行。這樣，單片機(jī)可在完成原來(lái)控制系統(tǒng)功能的前提下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。從代碼長(zhǎng)度上看， 實(shí)現(xiàn)基本功能的TCP/IP協(xié)議棧比Linux等其它操作系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更大。