基于操作系统μs/OS的S7600A的嵌入式系统Internet接入方案

随着电子设备智能化要求的提高和各种功能强大的微处理器的推出，嵌入式系统逐渐成为许多电子设备不可缺少的一部分，并处在前所未有的发展期；而互联网概念的深入人心更为嵌入式系统与互联网的结合提出了要求。嵌入式系统接入Internet以后，不仅实现了设备的远程控制、维护和升级，而且从另外一层意义上讲，接入Internet的设备已经成为网络共享资源的一部分。可以说这是自电子设备智能化以来设计思想的又一次飞跃。

同时，软件协议栈的引入无疑要占用更多的系统资源，对于嵌入式系统来说是很可观的。S7600A TCP/IP硬件协议栈芯片很好地解决了资源和成本有限的嵌入式系统的Internet接入问题。

入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。例如Palm之所以在PDA领域占有70％以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。

嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。

实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难以给它下一个准确的定义。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文在进行分析和展望时，也沿用这一观点。同时，软件协议栈的引入无疑要占用更多的系统资源，对于嵌入式系统来说是很可观的。S7600A TCP/IP硬件协议栈芯片很好地解决了资源和成本有限的嵌入式系统的Internet接入问题。

1 S7600A的内部结构

S7600A内部结构如图1所示，它由网络栈、物理层接口、微控制器接口、SRAM接口和片内SRAM组成。网络栈是该芯片的核心。它建立在物理层上，包含有实现TCP/IP协议的特殊的层次化的数据结构，并完成数据的包装或剥离。其内部又可以分为PPP（点对点协议）、IP（网际协议）、TCP（传输控制协议）/UDP（用户数据报协议）几个层次。在x86/68k并行模式下，由C86来选择x86或68k。SD[7:0]为地址/数据复用总线，CS为片选输入，READX和WRITEX为读写信号，RS为寄存器选择输入，用业指示地址和数据。在串行模式下，SD7为串行数据输入，SD6为串行时钟输入，SD5为串行数据输出，WRITEX用来切换读和写。另外芯片提供了中断输出，用来给MPU发特定请求。BUSYX用做忙指示。

2 S7600A内部寄存器和数据传输实例

S7600A有36个内部寄存器，有单字节、多字节，也有变长的（如PPP_String寄存器，用来存放PAP用户名和指令，其长度与用户名和口令的实际长度相关）。对内部寄存器的读写可以实现对S7600A的各种操作，其中若干寄存器用来做TCP/IP的协议接口。由于寄存器数据量较多，这里不一一介绍，仅举一个TCP数据的传输实例来说明对该芯片的操作。

首先，将Serial_Port_Config寄存器（08H）里的SCTL标志位置1，把对串口的控制权交给硬件（S7600A），把要传输的数据写到Socket_Data寄存器（2EH）里，S7600A就会把数据通过该寄存器放到输出缓冲区（1K字节长度）。注意输出缓冲区地址在Buffer_Out_Length寄存器（30H-31H）里，当输出缓冲区为全空时，该寄存器里写一个字节的数据，用户每向Socket_Data寄存器里写一个字节的数据，Buffer_Out_Length寄存器的值就会自动减一。

当用户要发送TCP数据时，只要向Data_Send寄存器（30H）里写任意个字节的数据，S7600A就会对输出缓冲区里的数据进行TCP数据处理（自动加入TCP首部，形成TCP段；再加入IP首部，形成IP数据报；最后在串行链路上封装IP数据报，形成PPP数据帧，如图2所示。）然后通过UART接口发送出去。同时Buffer_Out_Length寄存器的值会复原到3FFH.注意输出缓冲区最大1K字节，超过该值是不允许的。

3 基于S7600A的接入方案

3.1 系统构成

基于S7600A的接入方案如图3所示，系统采用通用单片机AT89C51为控制核。单片机既可以通过并行总线又可以通过串行总线与S7600A相连（在串行时用I/O口实现串行时序），通过对S7600A的操作实现TCP/IP协议。S7600A经UART接口与嵌入式Modem相接，经电话线接入Internet。应用程序与远程服务器或客户机建立TCP或UDP连接，在此基础上实现多种应用，如FTP、SMTP、POP3、Telnet、IP电话服务等。从网上获取的信息可以经系统总线传给嵌入系统的其他部分或者直接显示在LCD上，同样系统产生的信息也可发送到网络上。

3.2 系统的软件设计

（1）嵌入式实时多任务操作系统

当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的嵌入式操作系统。

注：在工业控制、 军事设备、 航空航天等领域对系统的响应时间有苛刻的要求，这就需要使用实时系统。我们常常说的嵌入式操作系统都是嵌入式实时操作系统。比如μC/OS-II、eCOS和Linux。故对嵌入式实时操作系统的理解应该建立在对嵌入式系统的理解之上加入对响应时间的要求。

在这个系统里，引入了实时操作系统（RTOS）。通常对单片机的开发是在硬件的基础上直接进行编程，这种方法一般用于规模较小、较简单的系统，对于规模较大、较为复杂的系统会产生一定的隐患，属于较低层次的开发。近年来，在嵌入式应用中使用实时多任务操作系统已经成为一个热点、一种时尚，从本质意义上讲，是系统开发层次的一种提高。在实时多任务操作系统的支持下，多个任务可以按照一定关系并行工作，CPU资源得到充分利用，系统可靠性得到很好的保证，同时方便组织开发任务。

当前出现了很多商业的RTOS，但一般价格比较昂贵，代码不公开。本系统使用了开放源代码的RTOS μC/OS，这个RTOS已经在很多系统上进行了成功的应用，同时已经被移植到8051上。

（2）S7600A应用程序接口（API）

S7600A以硬件的形式提供了TCP/IP协议的简单端口。即便如此，对其内部众多寄存器进行寻址操作了并不容易，建立TCP/IP连接仍然是比较复杂的过程。幸运的是，厂商为其提供API函数集，通过调用该函数集，可以实现S7600A的所有功能。其硬件独立性是通过API里的两个文件iHwIFace.h和iHwIFace.c实现的，用户在重写这两个文件后，可以使API用在不同的CPU上，它实际相当于S7600A的底层驱动程序。在这个系统里要根据AT89C51和S7600A的编址连接来确定这两个文件，其平***立性是通过API里的iSys.h和iSys.c实现的，用户在重写这两个文件后，可以使API运行在不同的操作系统上，在该公司提供的这套API里已经附带了基于μC/OS的这两个文件。

该API包括两个主要部分：iStacApi（实现PPP）和iSockApi（实现Socket连接），对S7600A的功能进行了简单而有效的封装，为应用软件的开发提供了方便。如表1、表2所示。

（3）应用程序

应用程序建立在RTOS和API之上，并可以实现多任务，在编译完毕后和RTOS库以及API库一起连接生成可执行代码，如图4所示。

在系统需接入Internet传输数据的时候，首先要通过Modem拨号，建立PPP连接，然后再根据数据传输的具体需要决定建立TCP连接还是UDP连接。一般情况下，TCP建立可靠的连接，可以实现诸如FTP、SMTP等服务；而像IP电话这样强调实时性的场合，需要建立UDP连接。

在需要上网的时候，运行以下程序要，可以实现与ISP（网络服务提供商）之间的拨号连接。首先，程序调用IsInitStack（），初始化S7600A的硬件协议栈子系统。如果初始化成功（得到RET_CODE_OK的返值），就开始进行拨号连接。调用IsPPPCheck（）检查是否已经连接，如果还没有连接，就调用IsPPPConnect（）进行拨号（该函数的参数含有进行拨号连接的要素：phata.name表示拨号上网的用户名，例如拨169时，用户名就指定为“169”；pdata.modemInitStrings存放初始化Modem用的指令，符合Modem AT指令集，“AT”为Modem指令的前缀。例如，“AT+FAE=0”表示关闭data/fax自动应答模式，“ATE0”表示禁止指令回应；pdata.baudRate为波特率；pdata.modemDialString为拨号号码，此处为电话号码169,“DT”表示用双音频拨号）；如果已经建立了连接，就调用IsGetOurIP（）得到IP地址或者调用IsPPPKeepAlive（）保持连接。

#include

#include

#define L_Time 10000

static int do_connect=1,was_connect=0;

static iIPAddr ip;

ppp_task（void）

{

RET_CODE rc; //RET_CODE为API函数执行状态返值的数据类型

iPPPData pdata; //该数据结构包含建立PPP连接的必要数据

static char *initSrtings[5];

initStrings[]=“AT+FAE=0”； //在字符串数组里存放Modem初始化指令

initStrings[]=“ATE0”；

initStrings[]=0; //设定该字符为NULL

initStrings[]=0;

initStrings[]=0;

pdata.name=“169”； //拨号上网的用户名

pdata.passwd=“169”； //拨号上网的用户口令

pdata.baudRate=28800; //设置波特率

pdata.hwFlowCtrl=1; //启用硬件流控制

pdata.useModem=1;

pdata.modemDialString=“ATDT 169”； //ATDT为双音频拨号指令

pdata.auth=IPPP_AUTH_PAP; //提供PAP验证

pdata.modemInitStrings=initstrings； //Modem初始化的系统指令，必须以NLLL结尾

rc=IsInitStack（）； //初始化硬件栈子系统

if{re= =RET_CODE_OK}

{

while（do_connect）

{

rc=IsPPPCheck（）； //检查PPP连接是否激活

if（rc= =RET_CODE_OK）

{

if（was_connect= =0）

{

rc=IsGetOurIP（&ip）； //获取IP地址

was_connect=1;

}

}

else if（was_connect）

{

was_connect=0;

rc=IsPPPkeepAlive（L_TIME）//在连接失效时重新建立连接

}

else

{

rc=IsPPPConnect（&pdata,L_TIME）； //拨号并与ISP建立PPP连接

continue；

}

smallSleep（L_TIME）；

}

}

}

基于RTOS和S7600A的嵌入式系统Internet接入方案硬件上简洁可靠、成本适中；软件开发上体现了较好的层次思想和较高的技术水准，可维护性好，可扩展性好。