基于ARM核处理器的嵌入式Web服务器系统设计方案

 

　　一、系统硬件设计

　　系统的设计模型如图1所示。

ARM核处理器LPC2210基于支持实时仿真和嵌入跟踪的32／16位ARM7TDMI—S CPU。片内有16 KBSRAM，通过外部存储器接口配置成4组，每组的容量达16 MB。LPC2210采用144脚封装，功耗极低，具有多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出，最多可提供76个GPIO以及多达9个外部中断引脚；采用3级流水线技术，极大地提高了指令执行效率，通过可编程的片内锁相环(PLL)可实现最大60 MHz的CPU操作频率。

　　LPC2210的EMC组合符合ARM公司的PL090标准，总线宽度可设置为8位、16位或32位，通常16位总线宽度的存储器具有较高的性价比。

　　以Philips公司的ARM核处理器LPC2210为核心来实现嵌入式Web服务器；网络接口芯片采用Realtek公司的NE2000兼容芯片RTL8019AS，它内置了10BASE—T收发器，通过HR901170A器件接入以太网。硬件结构如图2所示。

　　基于ARM和eCos的嵌入式WEB服务器设计2

　　在图1中，LPC2210扩展了2 MB的NOR Flash(芯片型号为SST39VFl60)和8．MB PSRAM(芯片型号为MT45W4Mwl6)。为了方便调试及最终代码的固化应用，使用LPC2210外部存储器接口BankO和Bankl的地址空间，通过片选信号选通nCE_F和nCE_R，来将地址空间Bank0和Bankl分别分配给PSRAM和Flash。通常将代码固化到Flash，分配Flash为Bank0，PSRAM为Bankl，因为Bank0可以用来引导程序的运行。

　　LPC2210的大容量片上存储器为TCP／IP协议栈的实现和数据处理提供了足够的存储空间；利用LPC2210SPI接口扩展MMC／SD卡作为外部非易失性存储器，可以将ADC现场采集的数据、IP地址、网卡物理地址以及更新网页保存在里面，需要时还可随时更换MMc／SD卡。LPC2210具有ARM和Thumb指令集，采用流水线处理技术，能在指令执行期间预处理下一条指令，极大地提高了指令执行效率，为需要快速传输数据的网络应用提供了有效的支持。

　　二、系统软件设计

　　eCos(embedded Configurable operating system，嵌入式可配置操作系统)是一种针对16位、32位和64位处理器的可移植嵌入式实时操作系统。由于其源代码公开，因而越来越多的设计人员开始关注eCos操作系统。eCos最大的特点是模块化、内核可配置。最小版本的eCos只有几百字节，非常适合小型嵌入式系统的开发。与嵌入式Linux相比，eCos有配置灵活和节省资源的优势。它的其他优点是使用多任务抢占机制、具有最小的中断延迟、支持嵌入式系统所需的所有同步原语，并拥有灵活的调度策略和中断处理机制。因而eCos具有良好的实时性，与μClinux和μC／OS等操作系统相比，它更适用于处理实时信号的设备，如移动通信、WLAN等通信设备的开发。

　　三、 eCos的移植

　　图3所示为eCos的移植流程。eCos的移植通过3个子模块来完成，即体系结构抽象层(Architeeture Hal)、变体抽象层(Variant Hal)和平台抽象层(Platform Hal)。对一个新的体系结构来说，系统结构抽象层的建立相对来说比较困难。目前，eCos已经支持各种主流CPU，也就是说，eCos源码中包含了CPU的体系结构层和变体抽象层，所以移植工作主要集中在平台抽象层。

　　基于ARM和eCos的嵌入式WEB服务器设计3

　　RedBoot移植是平台抽象层移植的最好开始。RedBoot是位于硬件抽象层之上的命令行接口，并且包含GDB调试工具及其调试stub。一旦硬件抽象层移植到目标板中，RedBoot能将程序加载到目标板中，并且能在目标板上调试代码。

　　四、TCP／IP协议栈——LwIP的实现

　　LwIP是瑞士计算机科学院Adam Dunkles等人开发的用于嵌入式系统的开放源代码TCP／IP协议栈。它既可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下运行。LwIP实现的重点是，在保持TCP协议主要功能的基础上，减少对RAM的占用；一般只需要几十字节的RAM和40 KB左右的ROM就可以运行，这使得LwIP适合在中低端的嵌入式系统中应用。

　　LwIP主要可以分为图4所示的几个层次。主要功能模块有：操作系统模拟层、网络接口函数、实现TCP／IP协议的各部分模块 (IP、UDP、TCP、IC—MP、ARP)、缓冲和存储管理子系统、校验和函数。