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基于Cortex-M3内核处理器的嵌入式Web服务器设计

—— Design of Embedded Web Server Based on Cortex-M3 Core Processor
作者:王铁流 高嵩 袁海英 李宗方 秦璐璐 北京工业大学电子信息与控制工程学院时间:2009-03-17来源:电子产品世界

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/92481.htm

  目前,网络化控制己成为远程控制的主要研究方向,利用网络实现对局域乃至全球范围内设备的监控是工业控制系统的发展趋势[1]。嵌入式Internet远程监控技术作为网络化控制的代表,它解决了工业控制领域中异构网络互联问题,提高了传统装备的智能化水平,促进了传统产业结构的调整。嵌入式尤其适用于嵌入式Internet应用,它通过Ethernet或Modem的连接可以轻松连接到任何网络,真正实现对设备的远程管理和控制。

  实现方案

  嵌入式必须具备的基本功能包括:可控制与其连接的设备并获取设备的状态和数据;现场信息可以网页形式发布;可及时响应远程用户的控制命令。此外,嵌入式设备应具有功能简单、功耗低和便携等特点。为此,笔者设计的系统如图1所示。

 

  图1 系统框图

  本系统采用了ST公司的Cortex-M3内核的STM32微处理器STM32F103RB。该芯片属于STM32系列的增强型,提供多达128KB的片内Flah、20KB的RAM和丰富的外设接口。Cortex-M3内核在设计上专门考虑了满足集功耗低、实时性强的工业级嵌入式产品领域的特点。在性能相同的条件下,STM32产品功耗比同级别产品要低75%,工作环境温度达105℃。因为集成度很高,除一个电源外,LQFP100封装芯片的最小系统只需要外接7个电容即可。

  TCP/IP协议栈由W5100来支持,它集TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY为一体,其内部16KB的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换,最大通信速率达到25Mbps;内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层,支持自动应答;提供多种总线接口方式,可以很方便地与各种MCU连接,简化了硬件电路设计,使嵌入式系统在没有操作系统的支持下,真正实现单芯片接入因特网的理想。

  为减少PCB板面积和布线复杂性,考虑到系统的数据传输率要求不高,选择SPI接口作为STM32F103RB和W5100的连接方式。STM32F103RB、W5100和RJ45接口构成一个典型的嵌入式

  作为一个应用实例,本设计利用STM32F103RB的片上ADC和GPIO,将服务器与LED和压力传感器相连,一旦服务器接收到来自浏览器端的连接请求,服务器将及时响应,将当前的压力参数、LED状态和温度等信息嵌入到Web页面并发布到网上,这样现场的各种信息就呈现在浏览器。此外,用户通过网页上的控制按钮可以远程控制LED状态,操作结果能及时反馈在网页上。

  硬件设计

  图2为嵌入式Web服务器的简化电路图,主要显示了构成服务器的三个核心器件的连接方式。RJ45接口是带有网络变压器的物理层接口。在W5100中,通过将SEN引脚经10KΩ电阻上拉到高电平以使能其处于SPI从模式。CS为片选,MISO和MOSI为两条数据传输线。W5100的SPI工作时钟由处于主模式的STM32F103RB提供。为方便STM32F103RB判断W5100的工作状态,必须将W5100的中断引脚INT与STM32F103RB的外部中断线相连接。W5100的第5、6、8和9引脚是PHY信号线,用于与RJ45接口相连接。除电源相关引脚外,W5100的其它引脚可以选择置空。


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