基于ENC28J60+AS3990的网络UHF读写器设计

图3  网卡芯片接口电路

2  软件设计

网络读写器软件设计包括μC/OSII移植、LwIP协议栈移植、网卡驱动程序和上层应用程序的编写4个部分。软件设计整体框架如图4所示。

2.1  μC/OSII移植

操作系统移植是LwIP协议栈移植和应用程序编写的基础[3],其在LPC2138上的移植内容包括：

① 完成操作系统所需的基本配置和数据类型定义、开关中断函数文件OS_CPU.H的编写。

② 在文件OS_CPU.C完成堆栈初始化函数OSTaskStkInit（）函数，并根据自身需求编写相关Hook函数。

③ 利用文件OS_CPU_A.S完成启动最高优先级任务的函数OSStartHighRdy、任务切换函数OSCtxSw、中断级任务切换函数OSIntCtxSw、系统时钟中断服务函数OSTickISR的编写。

④ 初始化定时器0,为系统提供时钟。

2.2  LwIP协议栈移植

① 完成LwIP协议内部使用的数据类型的定义，如u8_t、s8_t、u16_t、u32_t等。这样使得协议栈内部使用的数据类型不再受移植平台处理器和编译器的影响，增强了协议栈的可移植性。移植时，根据编译器和移植平台事先定义好这些数据类型，定义如下：

typedef unsignedcharu8_t;//定义8位无符号整数

typedef signedchars8_t;//定义8位带符号整数

typedef unsignedshortu16_t;//定义16位无符号整数

typedef signedshorts16_t;//定义16位带符号整数

typedef unsignedintu32_t;//定义32位无符号整数

typedef signedints32_t;//定义32位带符号整数

② 定义临界区保护函数用于开关中断，定义结构体封装宏以避免编译器地址自动对齐。LwIP的实现基于这样一种机制，即上层协议已经明确知道了下层所传上来的数据的结构特点，上层直接使用地址计算得到想要的数据，而避免了数据递交时的复制与缓冲。所以需定义结构体封装宏，禁止编译器的地址自动对齐以防止数据结构被打乱。

③ 实现与信号量和邮箱操作相关的函数[5],比如建立、删除、等待、释放等。LwIP使用邮箱和信号量来实现上层应用程序与协议栈间、下层硬件驱动与协议栈间的信息交互。这些函数可以通过调用μC/OSII提供的信号量、邮箱函数来实现。

④ 实现一个与等待超时相关的函数sys_arch_timeouts.该函数能够返回当前协议栈超时事件链表的首地址。在初始化LwIP进程时，会同时初始化一些超时事件，如ARP超时、TCP超时等，当某些事件等待超时后，协议栈会自动调用一些超时处理函数作相关处理，以满足TCP/IP协议栈的需求。

⑤ 实现创建一个进程的函数，可以通过操作系统提供的OSTaskCreate函数完成。

2.3  网卡驱动程序编写

网卡芯片生产厂商一般都提供了丰富的驱动函数，对这些接口函数进行相应的封装，将接收到的数据包封装为LwIP协议栈熟悉的数据结构，将发送的数据包封装为芯片熟悉的数据结构。发送数据包和接收数据包的函数需要被实现。芯片与控制器LPC2138接口定义如下：

#defineSPI_SCK（0x01﹤﹤4） //P0.4

#defineSPI_MISO（0x01﹤﹤5） //P0.5

#defineSPI_MOSI（0x01﹤﹤6） //P0.6

#defineENC28J60_CS（0x01﹤﹤8） //P0.8

#defineENC28J60_INT（0x01﹤﹤9） //P0.9

2.4  应用程序编写

基于多任务环境，在读写器上创建两个任务：一个为HTTP服务器任务，此时读写器可看作是一个网络服务器，它可以响应远程的浏览器连接请求，并返回Html数据至浏览器上，这样就可以远程获取读写器状态；另一个为读写器的读写任务，此时读写器作为一个客户端使用，它需要连接到远程的控制服务器，接收服务器的配置或控制命令，以响应并进行相关操作，最后返回操作结果或数据给服务器端。应用程序流程如图5所示。