單片機TCP/IP開發板
摘要: 本文根據作者在使用單片機TCP/IP開發板過程中的經驗介紹了單片機TCP/IP開發板的用途、如何選擇單片機TCP/IP開發板、如何使用TCP/IP開發板進行新項目的開發。對于需要實現單片機TCP/IP技術的初學者來說有一定的借鑒意義。
關鍵詞: 單片機；TCP/IP；開發板；學習板；單片機上網；
1 引 言
單片機TCP/IP開發板（或稱之為單片機TCP/IP學習板）是為提供用戶學習單片機TCP/IP協議棧技術，從而設計自己的基于單片機TCP/IP項目而提供的一種開發板。
在當今信息時代，計算機的聯網已經慢慢的過渡到了嵌入式設備的聯網，聯網技術就不得不提到TCP/IP協議棧，這就需要在嵌入式設備上實現嵌入式TCP/IP協議棧。對于高端的嵌入式CPU，可以運行Linux等操作系統實現嵌入式TCP/IP協議棧相對比較容易。但是像51單片機、AVR單片機、PIC單片機上實現TCP/IP協議棧就比較復雜，因為TCP/IP協議棧對CPU 的速度、內存消耗要求比較高。
于是在單片機上實現TCP/IP協議棧，如果完全從頭開始實現，則需要幾個月到幾年的實現，對于單片機上網項目的開發是一個重點和難點。于是就需要單片機TCP/IP開發板。本文主要以51單片機上的TCP/IP協議棧為例。
2 單片機TCP/IP開發板的用途
目前單片機上網技術是一個熱門技術，很多高校學生選擇與此相關的畢業設計，同時高校也有與此相關的項目。為了快速實現單片機TCP/IP，可以通過使用單片機TCP/IP開發板來實現。一般一個單片機TCP/IP開發板需要包含如下的內容：
1． 單片機TCP/IP協議棧：用戶可以根據協議棧提供的用戶接口來實現TCP的發起連接、接受連接、發送數據、接收數據、關閉連接等操作。最好是該協議棧能夠兼容BSD socket接口。
2． 硬件電路板及其相關連接線：用此硬件可以建立嵌入式TCP/IP實驗環境。
3． 硬件原理圖：這可以方便用戶將相關硬件集成到自己的電路板中。
4． 配套開發工具：在嵌入式TCP/IP實驗環境中必須要有PC機端的軟件，用以和開發板進行通信。
3 如何選擇單片機TCP/IP開發板
3. 1 各類開發板
目前單片機TCP/IP一般有面向16位和32位的單片機的LWIP、面向8位單片機的uIP、面向51單片機的ZLIP等。目前51單片機上的TCP/IP協議棧以uIP和ZLIP為主，目前uIP的最高版本為V1.0，ZLIP的最高版本為ZLIP增值版V1.0。
市面上的開發板有老古開發網單片機TCP/IP開發板套件、北京電子無憂網的51單片機TCP/IP上網開發板、上海卓嵐的51單片機TCP/IP開發板等。
3. 2 選擇注意事項
作為單片機上網技術學習者，選擇一款合適的開發板對于學習是事半功倍的，選擇開發板時應該注意以下問題：
1． 價格考慮。TCP/IP開發板的最主要的東西在于TCP/IP協議棧本身，硬件的成本可以做得很低，所以不要因為低價而忽略了核心軟件。對于TCP/IP協議？梢詮娜缦路矫婵紤]：
a) 穩定性：商家提供的TCP/IP協議棧是否有全面的測試，是否在連續PING的情況下不斷線，是否在發送接受大數據量（例如10M以上）時不丟失任何字節？對于使用者來說如果協議棧不穩定，那么對于項目的順利開發將帶來很大麻煩。
b) 易用性：使用單片機TCP/IP開發板的用戶一般都對于嵌入式TCP/IP的使用不太了解，這就需要開發板提供更加完善的資料和使用手冊。包括函數定義、更多的例子程序等。
c) 廠家的技術：某些廠家只是仿冒他人的開發板，用戶在使用中遇到的問題根本無法給于解答。這就需要用戶問清楚該協議棧是否是廠家自己設計的。
2． 外包裝和質量保證：外包裝不好可是使得用戶收到時，開發板已經在運輸過程中受損而無法使用。
4 使用TCP/IP開發板
下面介紹如何使用TCP/IP開發板來進行項目開發。
4. 1 開發板套件
4. 2 開發板部件
一個開發板本身是一個單片機系統，包含有CPU、RAM、電源模塊、網絡模塊。網絡模塊有很多選擇，這里以RTL8019AS為例來說明。對于外部接口，最主要的是：⑨網線接口和⑩串口，它們是開發板和PC連接的接口。
4. 3 建立開發環境
建立單片機TCP/IP開發環境的步驟有如下幾步：
1． 連線：連線是將開發板與PC機的串口連接，給開發板上電，然后將開發板連接到和PC在同一個網段中。
2．
安裝軟件：需要安裝開發板的編譯環境。對于51單片機，一般選用 KeilC51
3． 測試連接：一般可以通過PING命令，例如ping 192.168.0.2 –t來測試開發板和PC機的網絡是否處于連通狀態。
4. 3 開發基于開發板的新程序
這里介紹如何在不修改開發板硬件的基礎上，開發自己的單片機TCP/IP程序。開發新程序就是在開發板提供的TCP/IP協議棧的基礎上開發應用層的協議。由于TCP層和IP層都已經提供，所以用戶不用考慮其中的運行機制。TCP/IP協議棧一般為用戶提供如下的接口：
1． 初始化協議棧和釋放協議棧的函數接口，類似Init(), Release()之類的函數。
2． 提供類似BSD socket的socket, sendto, recvfro, connect, bind, listen, accept, send, recv, closesocket, shutdown, getpeername, getsockname, htonl, htons, ntohl, ntohs, inet_addr,inet_ntoa,ioctlsocket,setsockopt, getsockopt,select等API函數，用戶調用此類函數進行發起連接、接受連接、發送數據、接收數據、關閉連接等操作。
3． 接受連接、接收數據、被動關閉的處理：由于此類操作是上位機發起的，所以TCP/IP協議棧必須提供一套機制來處理此類事件的發生。一般來說有兩種方法：
a) 主動等待：例如使用BSD的recv()函數等待數據的到來。
b) 回調機制：采用類似MFC的OnReceive()函數的回調機制，也即是說在接收到數據的時候會自動調用OnReceive()函數。
那么用戶如何使用以上的接口來實現遠程控制、遠程數據采集呢？方法很簡單。
例如現在需要實現一個對LED燈的亮和滅的遠程控制應用。首先PC機使用TCP/IP發送工具例如SocketDlgTest程序發送一個字節的“1”到開發板（根據開發板的IP地址發送）。開發板在OnReceive函數中發現收到的是“1”，那么就通過P1端口將燈打開；反之如果收到的是“0”則將燈熄滅。
如果是實現一個遠程數據采集的應用，例如定時進行溫度采集。首先PC機使用SocketDlgTest程序等待發來數據。開發板每隔一段時間采集一個數據，然后通過send()函數將數據發送給PC機（根據PC機的IP地址發送），這樣PC就接收到了當前的遠程溫度數據。
4. 3 開發基于新硬件的程序
通過“開發基于開發板的新程序”一節的介紹后，開發基于新硬件的程序就相對容易了。這只要根據單片機TCP/IP開發板相應的硬件調整通過單片機的控制端口例如P1進行控制或者數據采集即可。