Cortex-M3平臺上lwIP+AJAX的Web嵌入式應用

　　摘要：本文基于lwIP以太網(wǎng)協(xié)議棧將AJAX動態(tài)網(wǎng)頁設計技術應用于嵌入式Cortex-M3平臺，實現(xiàn)Web嵌入式應用。相比于CGI技術，AJAX實現(xiàn)簡易，移植性強，可支持傳統(tǒng)IE或是手機等不同的網(wǎng)頁訪問終端用戶。所選Cortex-M3平臺內(nèi)部集成PHY，lwIP協(xié)議棧及實時操作系統(tǒng)FreeRTOS均是開源、免費，整個系統(tǒng)成本在60RMB以內(nèi)，對于成本較敏感的網(wǎng)絡互聯(lián)產(chǎn)品提供了一種解決方案，并給出了硬件原理圖及軟件代碼。

　　引言

　　嵌入式系統(tǒng)是融合了SoC半導體技術、電子技術、計算機技術，針對具體應用硬件軟件均量身定制的計算機系統(tǒng)。低成本、高可靠性、高靈活性、高集成性使得嵌入式產(chǎn)品在工業(yè)領域獲得了巨大的發(fā)展契機。嵌入式產(chǎn)品一般服務于工業(yè)現(xiàn)場，通過RS232、RS485、或是CAN等通信接口與外界互聯(lián)通信。如今伴隨著Internet技術的成熟，帶寬的日益提高，公共場所無線網(wǎng)絡覆蓋，智能手機日益普及，網(wǎng)絡化、信息化的要求越來越受到關注，Internet網(wǎng)絡互聯(lián)成為必然的趨勢^[1]。

　　目前在實際應用中支持Internet應用的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，主要是通過ARM9平臺實現(xiàn)，如Samsung S3C2442或是ATMEL AT91SAM9G25平臺，操作系統(tǒng)一般是用Linux，網(wǎng)絡開發(fā)則多是采用傳統(tǒng)的CGI(Common Gateway Interface)技術^[2]。此種解決方案在成本上過高，僅一顆ARM9處理器就將近70RMB，對于成本敏感的產(chǎn)品無法承擔;CGI維護復雜，運行效率低下，每響應一個客戶就會打開一個新的進程，當用戶訪問數(shù)量增大時，會嚴重地損耗系統(tǒng)資源，大幅度地降低系統(tǒng)性能，訪問數(shù)據(jù)庫的程序也不容易編寫，這也就是最近幾年來隨著各種新的后臺技術的誕生，CGI應用在Internet上越來越少的原因，CGI方式不適合訪問量大的應用^[3]。

　　基于此現(xiàn)狀，本文給出了一個TI Cortex-M3平臺上，運用AJAX(Asynchronous JavaScript and XML)技術實現(xiàn)Web嵌入式應用方案。Cortex-M3平臺成本和性能介于ARM9和MCU之間一類處理器，而TI Cortex-M3是目前市場上唯一內(nèi)部集成PHY，這可進一步降低方案硬件成本。操作系統(tǒng)采用開源的FreeRTOS，相對Linux，F(xiàn)reeRTOS小巧精致，對硬件Flash和RAM需求極小，5KB Flash和0.6KB RAM便可運行，相對于μC/OS-II商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS則是完全免費。TCP/IP協(xié)議棧采用瑞典開源免費的lwIP(Light Weight IP)，一般它只需要0.5KB的RAM和7KB左右的Flash就可以運行^[4];網(wǎng)絡開發(fā)采用AJAX技術，AJAX是一種基于客戶端瀏覽器的語言^[5]，使用AJAX的最大優(yōu)點就是能在不刷新整個頁面的前提下維護數(shù)據(jù)。這使得Web應用程序更為迅捷地響應用戶交互，并避免了在網(wǎng)絡上發(fā)送那些沒有改變的信息^[6]。由于采用了高性價比處理器平臺和免費開源的系統(tǒng)軟件，整個系統(tǒng)成本可控制在60RMB以內(nèi)，為成本較敏感的網(wǎng)絡互聯(lián)產(chǎn)品提供了一種解決方案。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　TI推出的Cortex-M3 LM3S9D96，提供豐富的片內(nèi)外設：片上集成512KB Flash，96KB RAM，18通道ADC，1個USB(OTG)，2通道SPI，2路CAN，3通道UART，1路10/100M Ethernet，內(nèi)部集成PHY，看門狗，支持EPI、NVIC和DMA，65個通用IO，處理速度80MHz，ROM固化了FreeRTOS操作系統(tǒng)，Bootloader及常用外設操作接口函數(shù)庫，方便快速高效產(chǎn)品開發(fā)。

　　基于LM3S9D96平臺的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。　　

?

　　(1)PowerMode：系統(tǒng)工作電源，采用DC5V，由外置Adaptor設備提供。整個系統(tǒng)的電源包括：5V，3.3V及5V_ISO(用于RS485通信電源)。
　　(2)RS4851/RS4852:系統(tǒng)通過RS4851或RS4851接口電路實時采集現(xiàn)場設備運行數(shù)據(jù)。
　　(3)LEDs：通過4個LED指示一些重要功能模塊的工作狀態(tài)，如5V電源，RS4851，RS4852及LAN的通信狀態(tài)等。
　　(4)LAN：實現(xiàn)標準TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)通信。
　　(5)Clock：為整個系統(tǒng)提供時鐘源。
　　(6)JTAG：軟件開發(fā)調(diào)試接口。
　　(7)EEPROM：采用512Kb SPI接口式EEPROM，存儲一些采集到的重要運行數(shù)據(jù)及系統(tǒng)配制參數(shù)如IP地址，子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關及DNS服務器，Internet時間服務器，時區(qū)等。
　　(8)Recover:恢復出廠設置，當上電時按住此鍵可使系統(tǒng)所有參數(shù)恢復到出廠默認值。
　　(9)Reset:系統(tǒng)復位電路。