嵌入式WEB传感器的网络化接口设计
摘要：介绍了嵌入式ＷＥＢ传感器的体系结构，提出了网络化接口中TCP/IP协议栈的几种实现方式，着重探讨了基于TCP/IP协议栈芯片W3100A的网络化接口的实现，最后分析了嵌入式WEB传感器的ＷＥＢ功能的实现。嵌入式ＷＥＢ传感器是在智能传感器的基础上发展起来的具有Ｉｎｔｅｒｎｅｔ功能的新型传感器。
其实质是在传统传感器的基础上实现ＴＣＰ／ＩＰ网络通信协议接口，将传感器作为网络节点直接与计算机网络通信。它的组成主要有：敏感单元、智能处理单元和ＴＣＰ／ＩＰ通信协议接口。
图１为嵌入式ＷＥＢ传感器的体系结构。传统的传感器在嵌入式ＷＥＢ传感器中只占一部分。核心部分是完成信号处理、数据交换和控制的嵌入式智能单元以及完成数据传输的ＴＣＰ／ＩＰ网络接口。整个传感器的工作机理是：传感器将被测物理量转换为电信号，通过Ａ／Ｄ转换为数字信号，经过微处理器的数据处理 （滤波、校准）后将结果传送给网络；与网络的数据交换由基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络接口模块完成。嵌入式ＷＥＢ传感器的内部存储器存储传感器的物理特征，如偏移、灵敏度、校准参数等；微处理器实现数据的处理和补偿以及输出校准；ＴＣＰ／ＩＰ协议实现传感器的直接网络连接。与传统的传感器相比，基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的嵌入式ＷＥＢ传感器更加可靠、便宜，扩展性更好且可以在内部直接对原始数据加工、处理，并通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与外界进行数据交换。因而它具有微型化、网络化和智能化。传感器的网络化接口实现了对Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或以太网的互连以进行信息的发布和资源共享。其实现方式是嵌入式ＷＥＢ传感器研究的`重点。
网络化接口实现的关键在于ＴＣＰ／ＩＰ通信协议的实现。ＴＣＰ／ＩＰ通信协议的实现方法主要有：采用协议栈移植，针对嵌入式系统，将ＴＣＰ／ＩＰ协议栈移植到系统中，然后调用相关的ＡＰＩ函数实现网络通信；不采用移植方式，参照标准的ＴＣＰ／ＩＰ协议精简相应的协议层，编写相关的ＡＰＩ函数完成简易的ＴＣＰ／ＩＰ通信；采用协议芯片，如Ｗ３１００Ａ芯片，该方法直接采用硬件方式实现ＴＣＰ／ＩＰ协议，直接对芯片的寄存器进行设置，实现数据对网络的传送。本文着重探讨采用Ｗ３１００Ａ芯片实现嵌入式ＷＥＢ传感器的网络化接口的问题。
１ 网络化接口的实现
１．１ Ｗ３１００Ａ芯片及处理器对其访问的实现
Ｗ３１００Ａ是一ＴＣＰ／ＩＰ协议栈芯片，包含的各协议层有：ＴＣＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＩＣＭＰ和以太网协议的数据链路ＤＬＣ，以及ＭＡＣ协议。其工作方式类似于Ｗｉｎｄｏｗｓ的Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ。芯片的内部结构示意如图２所示。
该芯片可选择地支持Ｉｎｔｅｌ／Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＭＣＵ接口，另外还提供一个Ｉ２Ｃ接口给上层应用层，一个ＭＩＩ接口给底层物理层。芯片支持全双工模式，内部带有双口的ＳＲＡＭ数据缓冲区。其封装是６４脚的ＬＱＦＰ。
芯片提供寄存器供ＭＣＵ访问，具体的寄存器分类如下：控制寄存器（命令、状态及中断）；系统寄存器（网关地址、子网掩码、ＩＰ地址等）；用于数据收、发的指针寄存器；通道操作的通道寄存器。
比较重要的几个寄存器如表１所示。
表1 寄存器功能和地址示意图