完结MCS-51单片机嵌入式接入Internet 技能。单片机经过ATL8019AS 以太网操控器完结与Internet 的交互。运用开源代码的TCP/IP 协议栈uIP 完结对底层设备的驱动，一起经过uIP 协议的运用程序接口完结各种运用服务。给出了硬件规划图，编写了单片机主程序。运用此技能完结了一个城市中心泊车监测体系。
近年来以单片机（MICroComputerUnit，MCU）为代表的嵌入式体系在工业探测体系、智能仪器、安防体系、智能家电和信息家电范畴得到了广泛运用。
假如嵌入式体系能够衔接到Internet 上，则用户能够便利、便利、低价地经过网络进行长途操控、监测和信息传送。Internet 技能和嵌入式技能的彼此交融，不仅为嵌入式体系的规划和开发带来了史无前例的开展空间和机会，也使得 Internet 运用进入了嵌入式Internet 年代。据专家猜测，未来在 Internet 上的新增事务和运用中，将有 45%的增加来自于小型嵌入式体系。因而，嵌入式体系的 Internet 接入技能，将会有极端宽广的运用远景。怎么运用单片机接入Internet 网络成为未来最抢手的技能之一。
1 单片机嵌入式Internet接入技能
Internet 网络通讯中，TCP/IP 协议簇十分巨大，需求占用很多的体系资源。单片机的缺陷是资源有限，无法包容下Internet 的TCP/IP 协议簇。因而单片机完结嵌入式接入Internet 技能的要害是怎么在单片机等嵌入式设备的有限资源上完结Internet 的网络通讯协议栈。其难点在于：怎么运用单片机本身有限的资源对信息进行TCP/IP 协议处理，使之变成能够在Internet 上传输的IP 数据包。现在许多研究机构都在活跃讨论运用MCU 完结接入Internet 技能，呈现了多种单片机嵌入式Internet 技能计划，这些技能完结计划能够归为以下几类。
（1） 运用专用的嵌入式芯片。专用嵌入式芯片是一种内置了通讯和操控功用的单片机，能够完结实时多任务操作。比传统的单片机硬件供给更强的体系规划灵活性。这样的芯片有Ubicom 公司的IP2022芯片，MOXA 公司的Nport Express 芯片等。这类芯片功用强，能够完结多种网络协议，一般供给有相应的TCP/IP 网络协议栈。可是这种芯片价格偏高，用户需求付出软硬件费用，不易于完结商场的广泛运用。
（2） 嵌入式体系组成专用网经过PC 网关接入Internet.小型嵌入式体系经过总线技能组成专用网络，选用一个PC 机作为网关，该 PC 将专用网发送来的信息经过专用软件转换为TCP/IP 协议数据包，然后发到 Internet 上以完结长途通讯。该计划是前期选用得较多的技能。可是这种计划的缺陷是要运用一台专用的PC 机，明显它只适用于某些工业数据收集体系，不易于向信息家电和网络化智能仪器仪表等范畴推行。
（3） 运用一般单片机和网络操控芯片。这种办法完结起来比较简略，并且可依据实践需求进行功用扩展，可是需求在单片机上完结嵌入式TCP/IP 网络协议，软件编程的作业量比较大。由于选用一般单片机，所以其长处是本钱低，单片机体积小，易于以极高的性价比向许多需求完结嵌入式接入Internet 的场合推行。本文规划的体系便是选用这种技能计划，下面将要点剖析其硬件和软件规划。
2 单片机与网卡的接口电路
2.1 体系整体规划
图1 体系整体规划。
体系选用最常用的MCS 8051 系列单片机，此类型单片机价格低价且运用广泛。网卡选用台湾ReaLTEk公司出产的ATL8019AS 以太网操控器芯片。由于Internet 网络协议的程序代码量较大，所以体系除了单片机和网卡外，还增加了一些外围电路。包括用作数据缓存的RAM存储器和RS232 接口，前者用作数据缓存器，后者作为单片机与现场设备进行数据交互的接口。体系整体功用规划如图1 所示。
在上述体系规划中，单片机首要完结Internet数据的解包和串口RS232 数据的封包。长途PC 机传输来数据包经过Internet 物理前言抵达以太网操控芯片 RTL8019AS 内，RTL8019AS 履行地址解析协议，然后交给 C8051 单片机，单片机履行TCP/IP 协议模块，去掉 TCP/IP 报头后将数据经过RS232 串行口交给数据收集体系的现场设备。反之，假如是现场设备发送数据到单片机，那么单片机将数据依照TCP/IP 协议格局封包后送入RTL8019AS，由网卡芯片传输到Internet 中。经过上述方法，单片机完结与Internet 的交互，然后完结数据收集体系的互联网长途操控。
2.2 标单片机与网卡的接口电路
单片机是本体系的中心，因而单片机与网卡的接口电路十分要害。本体系选用8051 系列单片机，是由于8051 单片机是最常用的单片机，其价格低价且运用广泛，在工业设备运用中易于下降体系本钱。一起8051 编写程序简练，程序调试便利。8051 单片机与以太网操控器芯片的衔接电路如图2 所示。
图2 单片机与以太网操控芯片衔接图。
8051 单片机P0 口的8 位数据总线D0-D7、P2口的5 根地址线A8-A12、读信号线RD、写信号线WR、2 个守时器操控端T0、T1 别离与Realtek8019AS 的各信号线对应衔接。
Realtek8019AS 芯片作业在8 位总线方法。8051 单片机驱动网络操控芯片RTL8019AS，经网络阻隔滤波器HR901170A 后完结Internet 接入。
3 TCP/IP协议栈在单片机上的完结
3.1 嵌入式TCP/IP 协议栈
TCP/IP 协议是Internet 的中心协议。单片机完结嵌入式接入 Internet 有必要要在单片机上完结TCP/IP 协议。由于TCP/IP 协议簇反常巨大，而单片机片内资源有限，所以要在单片机上完好完结TCP/IP协议是不可能的。现在许多公司依据不同的嵌入式设备开发了面向商用的嵌入式TCP/IP 协议栈，这些协议栈缺陷是面向特定公司出产的芯片，且需付出贵重的软件运用费。假如选用这类协议栈则使得规划的单片机嵌入式Internet 体系不具有性价比上的优势。经过比照，最终在本体系中选用开放源代码的TCP/IP协议栈uIP0.9 作为规划中心。uIP0.9 是一个适用于8/16 位单片机上的小型嵌入式TCP/IP 协议栈，感兴趣的用户能够免费在网络上下载其源代码并对其进行修正，以习惯不同的运用需求。uIP0.9 协议栈选用模块化规划，保存网络通讯所必要的协议机制，大大减少了协议代码量（代码量在几千字节左右），只需求几百字节的内存就能够顺畅运转，下降了协议对体系资源的要求。uIP0.9 彻底习惯当时的单片机嵌入式体系。
3.2 uIP 的体系结构
uIP 协议依据嵌入式体系的需求，去掉了TCP/IP协议中许多不常用的功用，保存网络通讯中所需求的ARP（可选）、IP、ICMP、TCP、UDP（可选）等最中心的部分。协议悉数用C言语编写，其代码占用量很少，对RAM 资源要求也极低。例如IP/ICMP/TCP 中心模块代码巨细为3304 字节，运用的RAM 只需求360字节。其运用层接口和设备驱动层接口十分简略。
uIP 协议将规划要点放在IP、ICMP 和TCP 协议的完结上，而将UDP 和ARP 协议完结作为可选模块。uIP协议的体系结构如图3 所示。
图3 uIP 协议栈结构图。
3.3 uIP 的底层设备驱动接口和运用程序接口
uIP 是一个仅包括三层网络层中心协议的协议栈，uIP 本身不包括任何类型的底层网络驱动和上层运用程序，它只供给接口函数供用户开发运用。因而为了完结与网络设备的交互，用户有必要依据网络设备的类型，在uIP 中自行完结对底层网络设备的驱动。对本例来说，网络设备是RTL8019AS 网卡，因而需求在uIP 中完结对RTL8019AS 网卡的驱动。假如用户需求在Internet 上经过http 协议阅读和获取现场数据，还有必要在uIP 上完结根据HTTP 协议的WEB 运用服务。
RTL8019AS 网卡驱动首先是对网卡芯片的上电初始化，经过函数init_8019as（）进行，用于设定网卡物理地址，设定收发缓冲区方位和巨细等。其次是发送数据函数eth_send（）和接纳数据函数eth_rcve（）。
而uIP 协议栈则经过内核中的uip_input（）函数完结对底层网络设备的驱动，该函数是uIP 协议的底层设备进口。它包括两个全局变量uip_buf、uip_len.前者用于寄存接纳到的数据包，后者表明接纳发送缓冲区里的数据长度。uip_input（）函数处理从网络设备驱动发送来的IP 包。处理完毕后回来变量uip_len，假如uip_len 是0，则没有数据要发送。不为0 则调用网络设备驱动程序eth_send（）函数来将uip_buf 里的uip_len 长度的数据发送到以太网上。eth_rcve（）函数将接纳到的数据存储到缓存uip_buf 指定的缓冲区中，体系调用uip_input（）函数，并在需求时调用运用程序。
uip_perioDIC（）能够理解为是一个周期时钟函数，一般每一秒履行一次，单片机用它周期性地轮询各衔接。由于uIP 协议要处理许多守时事情，例如包重发、ARP 表项更新。当周期计时激起，每一个TCP 衔接调用uip_periodIC（），其TCP 衔接编号作为参数传递给uip_periodic（）函数。uip_periodic（）函数查看参数指定的衔接的状况。当uip_periodic（）函数回来后，会查看uip_len 的值，若不为0 则将uip_buf 缓冲区中的数据包发送到网络上。
uIP 协议的运用程序接口用于完结web 之类的运用服务。uIP 界说了一个宏UIP_APPCALL（）作为该接口，供用户运用。当用户要编程完结某运用服务时，只需求将宏UIP_APPCALL（）界说成实践的运用程序函数名
