基于MSP430的嵌入式Web微系统设计

2万 · 2013-2-1 20:48

摘要：基于MSP430F149的嵌入式Web微系统,将简化TCP/IP嵌入微控制器,借助CS8900A的I/OSPACE
模式实现局域网和因特网的数据传输,并通过IE浏览器访问Web服务器。CPU仿真调试由JTAG接口实现。其协议子集：链路层含IEEE802.3和ARP应答,网络层含IP和ICMP中的PING应答,传输层为TCP,应用层为HTTP。

关键词：嵌入式微系统;Web;TCP/IP协议;MSP430F149

1引言

嵌入式Internet将设备通过嵌入式模块而非PC系统直接接入Internet,实现信息交互。具有基本TCP/IP内核的嵌入式Web微系统,成本低、硬件少、面积少、传输速度快、使用方便,适用于现有的网络传输系统,应用前景广泛。

2系统的硬件设计

系统采用TI公司16位单片机MSP430F149和Crystal半导体公司ISA接口网卡芯片CS8900A。MSP430F149具有60KB的FLASH存储器和2KB的随机存储器及6组通用I/O端口,便于传输和存储Web网页。接口网卡芯片CS8900A,其高度集成性使外围电路简单。系统硬件框图如图1。

2.1微控制器与局域网控制器的接口设计
微控制器MCU（MSP430）与局域网控制器（CS8900A）的连接最重要。本系统采用CS8900A
的I/OSPACE模式（默认模式）,总是处于使能状态。在此模式下采用8-bit宽度的数据总线,与MSP430的I/O端口5相连接;同时,CS8900A的16位I/O端口映射相应的16个寄存器,通过4根地址线A[3…0]和两根控制线（IOW,IOR）对其读写操作。给地址总线发送一个有效的地址后,将IOW或IOR置低,可在数据总线上传输数据。

2.2MSP430芯片的JTAG接口设计
JTAG属边界扫描技术标准,即IEEE1149.1。是为在线测试需要针对芯片及线路板测试的接口技术。它利用串行输入输出方式对芯片的输入端加载特定的代码序列。

MSP430系列的FLASH型芯片在内部集成了JTAG模块,用户可通过JTAG接口实现CPU仿真调试功能。整个调试过程,外部只需一台电脑,经过打印机接口就能实现,

2.3网卡接口电路的设计
数据经过RJ45传输过来以后,经过脉冲隔离变压器E2023后与CS8900A相连。

2万 · 2013-2-1 20:48

3系统的软件设计及实现

3.1TCP/IP协议的选择
利用单片机实现嵌入式Web的技术难点在于：如何利用单片机有限资源对信息进行TCP/IP协议处理,使信息变成可以在Internet上传输的IP数据包。嵌入式Web的功能是特定的,它不要求也不可能实现所有的TCP/IP协议,实现的是TCP/IP协议族的一个子集。针对TCP/IP协议不同层次的特点,具体选择的网络协议如表1。

3.2数据链路层协议的实现
(1)IEEE802.3协议的实现协议采用网络接口芯片CS8900A实现。
(2)APR应答协议的实现以太网上数据通信依靠硬件MAC地址来识别,这就需要系统能够实现IP地址到MAC地址的转换,可采用地址解析协议APR实现。本系统只用到ARP应答协议,如图2。

3.3网络层协议的实现
(1)IP协议的实现
IP协议接收程序处理流程图如图3。

(2)ICMP协议中Ping协议的实现Ping应答协议的程序流程图如图4。

3.4数据传输层协议的实现
TCP协议直接在普通的单片机上实现TCP协议非常困难,需对其简化。简化后流程如图5。

2万 · 2013-2-1 20:49

3.5应用层协议的实现
Web服务器能从收到的TCP包中提取HTTP信息,进行分析,以知道客户方请求内容,并将所需资源发送给客户方。本系统HTTP数据处理过程为：当HTTP子程序收到TCP包时,提取出URL字段、控制字符字段等,然后进行相应信息处理,最后从存储器中取得相应内容资源,打包,发送数据给下层协议。

4结论

采用嵌入式微控制器MSP430F149与简化TCP/IP协议虚拟软件包设计的嵌入式Web微系统,可通过IE浏览器浏览网页。通过嵌入式微系统接入以太网,然后再接入因特网。