用MSP430實現的嵌入式因特網終端設計
【摘 要】本文詳細描述了用TI公司的MSP430單片機實現嵌入式因特網終端的設計，包括硬件和軟件兩大部分。MSP430微控制器控制以太網控制器CS8900A實現本地局域網的功能，通過TCP/IP協議提供與因特網進行連接的應用接口，使用該應用接口，可以建立新的任務或改變現有的任務，實現與因特網中其它終端間的通信。在本文中，給出了硬件原理圖，說明了部分模塊的工作流程。
【關鍵詞】因特網；MSP430；終端；以太網；TCP/IP
1.介紹
計算機通信系統尤其是因特網在日常生活中的作用越來越重要，并且呈加速發展的趨勢。如今，上網不再是個人電腦和網絡工作站的專利，很多用微控制器（或稱單片機）控制的嵌入式系統也成為了因特網網絡節點中的一員，通常，這種嵌入式系統可稱為嵌入式因特網終端。試想，如果通過網頁瀏覽器，能夠完成對遠處的微控制器控制，并能夠接收到微控制器采集的信號，那將給人們的生活帶來很大的便利和極大地推動生產力的發展。打個比方，如果通過辦公室的一臺連接到因特網的電腦和安裝在家里的嵌入式控制器，人們就可以了解到家里或者發生的一切，那么家居防盜等一系列問題將會等到很好的解決。
MSP430是由于TI（Texas Instruments，美國德州儀器公司）開發的16位微處理器，其突出的特點是強調低功耗，非常適用于各種低功率要求的應用，有多個系列和型號。由于其性價比比較高，所以，被廣泛應用于家居自動化，醫療設備，安防系統，樓宇控制系統等許多領域當中。本因特網終端設計方案中使用的MSP430F149是TI公司于2000年增加的MSP430F1X中的一員。
2.協議基礎
ISO（Internet Standard Organization，國際標準組織）于1981年提出了OSI（Open System Interconnect，開放系統互連）七層網絡模型。七層網絡模型的最大優點是將服務、接口和協議這三個概念明確地區分開來：服務說明某一層為上一層提供一些什么功能，接口說明上一層如何使用下層的服務，而協議涉及如何實現本層的服務。
因特網采用的四層網絡模型是OSI七層網絡模型的一個子集，其具體的四層：應用層、傳輸層、因特網層和網絡層，圖1為因特網的四層網絡模型與OSI七層網絡模型的對應關系圖。因特網模型通過數據分段(Segment)中的序列號保證所有傳輸的數據可以在遠端按照正常的次序進行重組，而且通過確認保證數據傳輸的完整性。
圖1 OSI七層協議與因特網四層模型的對應關系
2.1 以太網（Ethernet）[1]
以太網是目前用得最廣泛的一種局域網，它在因特網四層網絡模型當中，屬于網絡層。以太網網絡中的每個節點具有相同的訪問網絡的權利，它們之間對網絡占用是通過具有沖突檢測的載波監聽多路訪問( CSMA/CD )的方法來實現的。數據采用曼徹斯特編碼，網絡中的連接一般采用雙絞線或同軸電纜。以太網中每個節點具有一個48位、唯一編號的地址。每幀數據的最大長度為1518個字節，第一個48位為目標地址，第二個48位為數據源地址，然后是2個字節的數據幀類型值，在數據幀的最后，自動生成4個字節的循環冗余碼校驗（CRC）值，用于保證數據幀的完整性。
2.2傳輸控制協議TCP(Transmission Control Protocol)
TCP提供了一種可靠的數據流服務，盡管TCP是DARAP協議組中的一員，但它卻有很大的獨立性。它對下層網絡協議只有最基本的要求，很容易在不同的網絡上建成，因而非常流行。ISO/OSI運輸層標準中的第四類TP-4就是以 TCP作為原型建立的。TCP可以在眾多的網絡上工作，可以提供虛擬電路服務和面向數據流的傳輸服務。用戶數據可以有序而且可靠的傳送。在一個分組可能發生丟失、破壞、重復、延遲或失序情況下，TCP服務可提供一種可靠的進程間通信機制，協議可以自動糾正各種差錯。
2.3網際協議IP(Internet Protocol)
第三層最重要的協議是IP。它將多個網絡聯成一個互連網。IP的工作是將一個以上的報文處理網絡聯成一個網際網。IP的基本任務是通過網際網傳送數據報，各個IP數據報之間是相互獨立的。主機上的IP層基于數據鏈路層的服務向傳輸層提供服務。IP從源運輸實體取得數據，通過它的數據鏈路層服務傳給目的主機的IP層。網關通過下一網絡數據報傳到目的主機或下一網關。
2.4地址轉換協議ARP(Address Resolution Protocol)
在TCP/IP網絡環境下，每個主機分配的組位IP地址只是一種邏輯地址，這樣在傳送時必須轉換成物理地址，ARP協議就是完成這一功能的。? ARP使主機可以找到同一物理網絡中任一物理主機的物理地址，只需給出該主機的網際地址即可。可見，基本網絡的物理編址對網絡層服務是透明的。
2.5 其它協議
在因特網網絡協議當中，還有其它相關的協議，如：反向地址轉換協議RARP(Reverse Address Resolution Protocol)、用戶數據報協議UDP(User Datagram Protocol)、網際控制報文協議ICMP(Internetwork control Message Protocol)、超文本傳輸協議(hypertext transfer protocol)等，它們在因特網的數據交換當中都有什么重要的作用，本文限于篇幅，不一一詳細介紹。
3.硬件設計[1]
本設計中所用到的兩個重要組件為TI公司的微處理器MSP430F149和Crystal公司的以太網控制器CS8900A，下面簡單介紹一下這兩個組件，再論述硬件實施方案。
3.1MSP430F149[2]
MSP430F149具有60K字節的FLASH存儲器和2K字節的RAM、看門狗定時器(Watchdog Timer)、6個8位的通用I/O口、12位A/D轉換器、2個串行通信接口和1個硬件乘法器等。MSP430F149的60K字節FLASH存儲器足以存儲網頁數據， 6個通用I/O口既可以用來控制以太網控制器CS8900A，也可以用來執行其它的用戶命令，12位A/D轉換器可以用來在終端采集數據，然后再通過網絡發給用戶.
3.2CS8900A[3]
CS8900A低功耗的以太網控制器，被廣泛應用于工控機中。其高集成度的設
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