ARM7微型嵌入式Web服务器的设计与实

ARM7微型嵌入式Web服务器的设计与实现

随着计算机、络通信和Internet技术的飞速发展和不断进步，嵌入式系统在家庭和工业应用广泛。如何将嵌入式系统和工业控制系统接人Internet，综合利用嵌入式系统资源，实现嵌入式系统的远程管理和控制，已成为关注的研究课题，而实现嵌入式系统的络化则成为嵌入式系统的发展趋势。

以太以其成本低、速度快、应用普遍、有广泛的硬件和软件支持等优点为实现管理控制络一体化提供可能，在现场设备内置WEB服务器，使现场设备具有页发布功能，将Internet技术直接引入现场设备。

本设计是基于ARM7的微型嵌入式Web服务器。目前市场上大部分以太控制器的封装均超过80引脚，而ENC28J60是业界最小的以太控制器，只有28引脚，这样既能提供相应功能，又大大简化相关设计，减小空间，其标准的SPI串行接口只需4条总线即可实现与单片机连接，有利于在小型系统上实现以太功能。在研究和分析TCP／IP协议的基础上，合理简化TCP／IP协议，选择实现ARP、IP、ICMP、TCP和HTTP协议。

2 系统硬件设计

ENC28J60的硬件连接如图1所示。ENC28J60的硬件设计包括复位电路、时钟振荡器、络变压器和其他外部元件以及LED配置单元模块。

2.1复位电路

当ENC28J60的RESET引脚为低电平时ENC28J60工作在复位模式。RESET引脚内部有弱上拉电阻，应外接一只10 kΩ的上拉电阻。

2.2 时钟振荡器

ENC28J60工作频率为25 MHz。在OSC1和OSC2引脚之间连接无源晶体振荡器。ENC28J60要求使用平行切割的晶体。本设计采用连接至OSC1引脚的外部25 MHz有源晶体振荡器驱动，此时3.3V的外部时钟连接OSC1引脚，OSC2引脚可使用一只接地电阻或断开OSC2引脚以减少系统噪声。

2.3 络变压器和其他外部元件

实现以太接口控制，还需多个标准外部元件：络变压器、偏置电阻、储能电容和去耦电容。

差分输入引脚(TPIN+／TPIN-)需用一个变比为1：1的络变压器实现10BASET。差分输出引脚(TPOUT+／TPOUT-)需用一个变比为1：1、带中心抽头的脉冲变压器实现。变压器需具有2 kV或更高的隔离能力，以防止静电干扰。本设计采用Pulse公司的集成以太隔离变压器H1102。

差分输入／输出引脚都需串联2只49.7 Ω、精度为1％的电阻和1只0.01μF的电容，本设计采用并联两只100 Ω电阻获得49.7 Ω、精度为1％的电阻。

所有的电源电压引脚必须连接至外部同一个33 V电源。同理，所有的接地必须连接至同一外部地。每个电源电压引脚和地之间应连接1只0.1μF的陶瓷去耦电容，该电容应尽可能地靠近电源电压引脚放置。

2.4 LED配置

LEDA引脚和LEDB引脚在复位时支持极性自动检测，既可直接驱动LED，又可灌电流驱动。复位时ENC28J60检测LED的连接，并按照PHLCON寄存器的默认设置驱动。本设计LEDB采用拉电流的方式点亮LED。复位时该位清零且PHY默认在半双工模式下工作。

3 系统软件设计

3.1 SPI接口

ENC28J60与微控制器MCU的连接通过SPI接口实现，支持10 Mb／s。但ENC28J60只支持SPI模式00，即CPOL=0和CPHA=0。另外，在空闲状态时SPI端口要求SCK为低电平，且不支持时钟极性选择。以下为SPI接口初始化的源代码：

3.2 TCP／IP协议栈的实现

考虑到单片机RAM存储空间的限制和具体应用要求，合理简化TCP／IP协议栈，选择实现ARP、IP、ICMP、TCP和HTTP协议。图2所示为精简的TCP／IP协议栈。

3.2.1 物理层接口的实现

物理层接口为ENC28J60的驱动程序，硬件方面是用ENC28J60的电路实现电缆的物理链接、介质访问控制、帧的发送与接收等功能，而与上层协议接口即为驱动程序，实现发送与接收数据帧。以下是其两个函数原型：

3.2.2 络层协议的实现

络层的协议包括ARP、IP、ICMP协议。络间连接需知双方物理地址，而ARP协议是地址解析协议，实现IP地址到物理地址的转化。际协议(IP)负责将消息从一个主机传送到另一个主机。ICMP协议是Internet控制消息协议，用于IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指络是否畅通、主机是否可达、路由是否可用等络本身消息。图3所示是ping命令测试远程用户和设计的微型嵌人式Web服务器后的响应情况。

3.2.3 TCP、HTTP协议的实现

传输控制协议(TCP)负责收集信息包，并且将其按适当的次序传输，接收端接收后再将其正确还原。传输协议同时保证了数据包在传送中准确无误。而HTTP是基于TCP协议的超文本传输协议，嵌人式Web服务器在与远程用户端建立TCP连接后发送页数据，在HTTP协议发送流程中，由于TCP报文数据字段有长度限制，页资源一股被分成若干段进行分段传送。在远程用户端打开IE浏览器，在地址栏输入嵌人式Web服务器的地址。