一种嵌入式WEB服务器的设计与实现

    关键词：WEB服务器 以太网 CAN总线

在企业自动化的工业现场，下层车间的监测设备之间都是采用现场总线相互连接，而企业的管理层和生产监控层都是连于以太网的PC，甚至是位于异地的连于互连网上的PC。为了使工业现场的现场总线上的设备和管理监控层之间的PC能够通信，同时改善故障检测和设备维护的远程访问能力，笔者在CAN总线网与以太网的互连系统中设计了一个嵌入式WEB服务器。

1 嵌入式WEB服务器硬件设计

通常嵌入式系统硬件包括微控制器、存储器及外设器件和I／O端口等，其核心是嵌入式微控制器。为适应上网需求，嵌入式微控制器不仅要具有传统的控制功能，还要具有与因特网连接的功能。而Ubicom公司的SX52芯片能比较容易实现TCP／IP协议，选择它作为微控制器。关于传输媒质，采用最常用的连接模式即通过以太网连接Internet，利用网络接口控制器RTL8019AS实现数据链路层协议。RTL8019AS采用台湾Realtek公司生产的RTL8019AS芯片。

嵌入式WEB服务器硬件结构框图如图1所示。

嵌入式WEB服务器用SX52微控制器作为处理器，以太网驱动芯片RTL8019AS经耦合隔离滤波器HR61101G和RJ45接口接入以太网，配有RS232和CAN总线两个扩展接口，可以将具有RS232接口的设备或采用CAN总线协议通信的设备连到以太网上。RS232接口采用MAX232CPE芯片，CAN总线控制器采用Philips公司的SJAl000芯片，CAN收发器采用Philips公司的PCA82C250。

图1

    数据的流向为：请求和控制信息从局域网中来，通过nJ45送到RTL8019AS，RTL8019AS负责将以太网帧的首部和尾部信息剥离，将处理后的数据包送入SX52的TCP／IP协议栈，由协议栈对数据包进行解析，得到原始的请求和控制信息。请求和控制信息再经过SJAl000进行CAN协议格式的数据封装，再与现场的CAN总线设备进行通信。请求和控制的回复信息到局域网的过程正好相反。

在嵌入式WEB服务器的硬件设计中，在确保通信功能顺利实现的同时，充分利用了SX52芯片I／O口灵活配置的特点，最大程度地节约了微控制器SX52的硬件资源。

图2为WEB服务器主要芯片连接电路简图，结合本图详细分析系统硬件设计。

1．1 RTL8019AS驱动程序实现

RTLS019AS是台湾Realtek公司制造的一种高集成度的全双工10Mbps以太网控制芯片，实现了基于Ethernet协议的MAC层的全部功能，内置16KB的SRAM、双DMA通道和FIFO完成数据包的接收和发送功能。在网关设计中，使用跳线模式(JP置为高)来硬配置RTLS019AS为8位模式；使用了RTL8019的低五位地址线A0～A4以及低8位数据线D0～D7。为满足RTL8019AS的ISA时序，RTL8019AS高端地址A5～A19须设置为0X300。SX52的B口的B0～B4脚作为地址线连接RTL8019AS的低5位地址线，B5～B7作为控制线分别连接读写时序控制脚IORB、IOWB、IOCHRDY；C口作为数据线连接RTLS019AS的低8位数据线；A口保留，用作日后扩展。设计中采用AT24C64这样一个8KB的EEPROM来保存WEB服务器的配置信息，如网关IP地址、MAC地址和SJAl000的ID网络标示符、网络掩码AMR和总线定时(BTR0、BTR1)等。这样就能够灵活方便地修改网关参数，适应不同环境，同时也考虑到以后的扩展。

图2

    要实现嵌入式WEB服务器接入以太网，就要对RTL8019AS进行编程，完成以太网帧的数据收发，相当于实现PC机中网卡的驱动程序功能。首先要对RTL8019AS进行复位，并将其设置为跳线模式；然后对RTL8019AS的工作参数进行设置，以使其开始工作；接下来读写RTL8019AS的RAM以完成数据包的接收和发送。程序流程如图3所示。

1．2 TCP／IP协议栈的实现