系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制或許是微控制器應(yīng)用最重要的功能之一。想象一下：一個巨大的高爾夫球場的草坪灑水系統(tǒng)，最好能夠向主機(jī)自動報告故障狀況。這樣的系統(tǒng)幾乎無需人工監(jiān)測其是否正常工作。 RS-232 串口或紅外等多種通信方式可用來實現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程器件的控制和監(jiān)測。然而，所有這些方法都受限于具體的接口標(biāo)準(zhǔn)，其中包括：是否與傳輸媒介和協(xié)議兼容、距離限制等。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（IP） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了一個應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的解決方案，所有現(xiàn)代操作系統(tǒng)都帶有 IP 棧。而 IP 可在各種傳輸媒介上運(yùn)行，到目前為止，以太網(wǎng)的應(yīng)用最普遍。此外，以太網(wǎng)得益于交換和路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此不受距離限制。借助于先進(jìn)的 MAC/PHY 集成電路與板載緩沖器，可以用微控制器和以太網(wǎng) IP 實現(xiàn)控制，并且?guī)缀蹩梢詮乃羞h(yuǎn)程系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。本文演示了如何利用免費的 uIP 堆棧和 SPI 至以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換 IC 實現(xiàn) MAXQ2000 微控制器聯(lián)網(wǎng)。 uIP 介紹 uIP （讀作“micro IP”）提供了一個最小規(guī)模的 IP 堆棧，其中包括 TCP、UDP 和 ICMP 協(xié)議。uIP 由 Adam Dunkels 開發(fā)，采用 BSD 方式授權(quán)。完整的源代碼可從 https://github.com/adamdunkels/uip 下載。當(dāng)然，對于大多數(shù)應(yīng)用，沒有必要完全運(yùn)行 TCP/IP，過于浪費。uIP 具有一整套功能，符合全功能主機(jī)的最低需求，并且可以避免其它簡單 IP 堆棧存在的“特殊情況”。編譯環(huán)境 Rowley CrossWorks 1.1 build 1 C 編譯器用于編譯、匯編和鏈接項目。為方便調(diào)試，所有代碼優(yōu)化功能均被禁用。最終代碼僅占用 MAXQ2000 程序閃存存儲器的一小部分。 MAXQ2000 有 2kB 的數(shù)據(jù)存儲器。使用這種數(shù)據(jù)存儲器時必須謹(jǐn)慎，因為緩沖器必須用來處理 IP 數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。為了最大限度地利用數(shù)據(jù)存儲器，所有常數(shù)都存儲在代碼空間內(nèi)，并根據(jù)需要復(fù)制到一個固定大小的 RMA 緩存區(qū)。 uIP 堆棧的使用 uIP 堆棧可以看成一個事件循環(huán)，超時基于結(jié)構(gòu)時鐘設(shè)定。在主循環(huán)中，MAC/PHY 接收到的數(shù)據(jù)包由 uip_arp_ipin（）和 uip_input（）處理。這些調(diào)用會產(chǎn)生一個輸出數(shù)據(jù)包，必須由 MAC/PHY 驅(qū)動程序傳輸。然后檢查計時器，清理已關(guān)閉連接及一段時間未出現(xiàn)的 ARP 表項，并調(diào)用應(yīng)用程序回調(diào)函數(shù)以進(jìn)行重發(fā)。主要事件循環(huán)為樣板代碼，大多數(shù)應(yīng)用中無需改變。注意：uIP 實現(xiàn)了非常小的 TCP 窗口尺寸，這一點非常重要，只能有一個重要的（un-ACKed）數(shù)據(jù)包等候處理，有時可能需要重發(fā)。實際應(yīng)用處理由函數(shù) UIP_APPCALL 完成。調(diào)用時，應(yīng)用程序回調(diào)功能會檢查幾個功能并返回 uIP 當(dāng)前狀態(tài)。其中最重要的狀態(tài)是：uip_connected（）、uip_closed（）、uip_aborted（）、uip_timedout（）、uip_newdata（）和 and uip_rexmit（）。前四個函數(shù)管理輸入連接的打開和關(guān)閉；后兩個函數(shù)管理數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng)新數(shù)據(jù)到達(dá)套接字等待應(yīng)用程序處理時，uip_newdata（）將返回一個非零的結(jié)果。然后應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這些數(shù)據(jù)保存在 uip_appdata 指向的緩沖區(qū)中，也可以返回響應(yīng)。所有數(shù)據(jù)，包括以太網(wǎng)鏈路層和 IP 頭儲存在 uip_appdata。如果網(wǎng)絡(luò)丟掉返回至 peer 的數(shù)據(jù)的任何部分，應(yīng)用將通過計時器超時調(diào)用應(yīng)用程序回調(diào)功能并且 uip_rexmit（）返回一個非零的結(jié)果。在這個點上 uIP 與其他 IP 堆棧不同。通常情況下，TCP 數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)由 IP 協(xié)議棧處理。當(dāng) uip_rexmit（）標(biāo)記出現(xiàn)時 uIP 需要應(yīng)用程序轉(zhuǎn)發(fā)丟失的數(shù)據(jù)，可以節(jié)省存儲空間。轉(zhuǎn)發(fā)可以通過重新生成數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，或?qū)⑾惹爱a(chǎn)生的數(shù)據(jù)保存在緩沖區(qū)以供轉(zhuǎn)發(fā)。