為嵌入式系統(tǒng)配備 HTML（超文本標(biāo)記語言）服務(wù)器使其能夠通過標(biāo)準(zhǔn) Web 瀏覽器與用戶（或開發(fā)人員）進(jìn)行通信。該服務(wù)器占用的代碼相對較少，幾乎可以在任何現(xiàn)代 MCU 上實(shí)現(xiàn)，以提供可用作儀表板、控制面板或幾乎任何類型的用戶界面的 GUI。在這篇動手文章中，我們將提供一個(gè)在 Microchip PIC32 MCU 上實(shí)現(xiàn)的 Wi-Fi? 無線 Web 服務(wù)器的實(shí)際示例，它可以作為在您選擇的平臺上進(jìn)行類似設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

　　在這篇由兩部分組成的文章的第一部分中，我們將檢查硬件/軟件選擇、添加 I/O 屏蔽以及熟悉網(wǎng)絡(luò)軟件庫。

　　構(gòu)建塊

　　由于涉及內(nèi)存和處理能力要求，該項(xiàng)目基于 32 位處理器。基本的 TCP/IP 堆?？梢栽谝恍┈F(xiàn)代 8 位機(jī)器上實(shí)現(xiàn)，例如Microchip 的 PIC18、STMicro 的 ST8和Atmel 的 AVR 系列，但支持全功能 TCP/IP 堆棧，以及 http 服務(wù)器和 Wi 的代碼-Fi 驅(qū)動程序，可能會超出他們的舒適度。

　　我搭建的服務(wù)器基于PIC32MX795F5因?yàn)槲以趯?shí)驗(yàn)室里已經(jīng)有了一個(gè)（更多關(guān)于這個(gè)很快）。PIC32MX7xx 系列基于 32 位 MIPS M4K 內(nèi)核，它具有 5 級流水線哈佛架構(gòu)，包括一個(gè)單周期乘法和硬件除法單元以及 32 個(gè) 32 位內(nèi)核寄存器。此應(yīng)用中使用的 ‘MX795 系列以 80 MHz 運(yùn)行，并配備了 10/100 以太網(wǎng)、USB 和 CAN 接口，使其成為通信控制器的理想選擇（圖 2）。PIC32 的 MIPS CPU、大容量內(nèi)存（512 K 閃存/128 K RAM）和種類繁多的網(wǎng)絡(luò)接口，提供更完善的變體，使其能夠處理 TCP/IP 堆棧和 HTTP 服務(wù)器的代碼以備不時(shí)之需。

　　圖 ：Microchip Technology 的 PIC32MX7xx MCU。（由 Microchip Technology 提供。）

　　Microchip 為 PIC32 制作了幾款適用于 Web 服務(wù)器的評估板，包括他們的DM320004以太網(wǎng)入門套件和MRF24WB0MA Wi-Fi 演示板。有幾種低成本的第三方開發(fā)板可用于 PIC32，包括Olimex 的 PIC32 Maxi-Web 和 Digilent 的Cerebot Mx7ck，以及由多家制造商提供的 Arduino Uno 板的 PIC32 供電變體，包括 Digilent Uno32使用 Microchip Technologies 的PIC32MX795F512L。

　　由于我已經(jīng)熟悉 Arduino IDE，并且有一個(gè)我為另一個(gè)項(xiàng)目獲得的 Uno32 板，它成為服務(wù)器的基礎(chǔ)。Uno 板只有一個(gè) USB 接口，所以我訂購了 Digilent 的TDGL011 Wi-Fi Shield 作為我的網(wǎng)絡(luò)接口（圖 3a）。我還選擇了 Diligent 的TDG005基本 I/O 擴(kuò)展板，作為一種工具，幫助我在處理 Wi-Fi 板之前了解一些有關(guān)在擴(kuò)展板卡上執(zhí)行 I/O 操作的知識（圖 3b）。

　　I/O 擴(kuò)展板是現(xiàn)成的方便設(shè)備集合，其中許多可用于為服務(wù)器實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控器或其他現(xiàn)實(shí)世界接口。緊湊型電路板包括數(shù)字 I/O（按鈕開關(guān)和分立 LED）、模擬 I/O（電位計(jì)和 I2C 溫度傳感器）、串行 EEPROM 和幾個(gè)大電流 FET 驅(qū)動器。該擴(kuò)展板還有一個(gè)漂亮的 128 x 32 像素單色 OLED 顯示屏，可通過 SPI 接口與 MCU 通信并輸出字母數(shù)字文本或簡單圖形。一旦服務(wù)器啟動并穩(wěn)定運(yùn)行，我計(jì)劃用它來顯示設(shè)備的狀態(tài)或用作小型遠(yuǎn)程消息傳遞設(shè)備。

　　硬件和軟件集成

　　到目前為止，我寫的所有草圖（程序）都相當(dāng)簡單，只涉及 Arduino 板本身，所以我插入了 I/O 屏蔽，并在教程中找到了一些示例草圖感受一下處理多板系統(tǒng)。我研究了一些示例代碼，它們使用“包含”功能調(diào)用各種頭文件，這些頭文件為協(xié)議棧和硬件驅(qū)動程序提供庫接口。我還對 MPIDE 核心抽象層庫中定義的 String 對象類進(jìn)行了一些試驗(yàn)，我需要為 OLED 顯示器的驅(qū)動程序或其他 I/O 設(shè)備提供數(shù)據(jù)。結(jié)果是一個(gè)高度修改的示例草圖，它讀取 I/O 屏蔽電位器上的電壓并將其用作延遲變量，以確定消息在 OLED 上滾動的速度。

　　一旦我對在我的草圖中添加硬件和庫感到滿意，我便將注意力轉(zhuǎn)向了與 Digilent chipKIT 兼容的 Internet 庫1，這是一個(gè)支持 Diligent 板生態(tài)系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)、應(yīng)用說明和面向網(wǎng)絡(luò)的材料的集合。DNETcK 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議套件庫為使用 Microchip PIC32 MCU 及其外圍設(shè)備的 Digilent 處理器板提供全套互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議功能。它包括為 UDP 和 TCP 以及 HTTP 服務(wù)器實(shí)現(xiàn) IP 客戶端和服務(wù)器功能所必需的軟件類。它的配套庫 DWIFIcK 增加了對 Wi-Fi 的支持。

　　DNETck 包含 TcpServer.pde，這是一個(gè)由幾個(gè)源文件組成的 HTTP 服務(wù)器草圖：

　　HttpServer.pde — 此文件包含所有網(wǎng)絡(luò)代碼和基本服務(wù)器應(yīng)用程序。

　　Parser.cpp — 此文件包含用于解析 HTTP 請求消息的代碼。

　　Render.cpp — 此文件包含生成 HTTP 響應(yīng)消息的代碼和構(gòu)成消息正文的 HTML 代碼。

　　BoardDefs.h - 該文件包含草圖支持的各種板平臺上的 I/O 引腳的聲明。

　　Parser.h - 這聲明了解析器和草圖的其余部分共享的符號。

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器操作由模塊 HttpServer.pde 中的函數(shù) ServerTask（） 和 Client-Task（） 處理。HTTP 協(xié)議和 HTML 響應(yīng)的詳細(xì)信息由 HttpServer.pde 中的 AppTask（） 以及 Parser.cpp 和 Render.cpp 中的代碼處理。

　　所有庫都設(shè)計(jì)用于像 Arduino 這樣的簡單嵌入式系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不運(yùn)行 RTOS 內(nèi)核，并且依賴于循環(huán)狀態(tài)機(jī)類型的編程環(huán)境，通過主循環(huán)進(jìn)行短而重復(fù)的傳遞。盡管這種安排運(yùn)作良好，但它對軟件狀態(tài)機(jī)的依賴確實(shí)對使用它的應(yīng)用程序施加了一些限制。該庫的應(yīng)用筆記包含幾個(gè)關(guān)于確保應(yīng)用程序不會阻塞網(wǎng)絡(luò)堆棧的定期執(zhí)行（至少每隔幾毫秒）的可怕警告，并輪詢網(wǎng)絡(luò)堆棧的狀態(tài)以確保它在開始之前返回跑。

　　在消化了這些注意事項(xiàng)后，我使用 IDE 為我正在使用的硬件配置 TCP 堆棧和 HTTP 服務(wù)器，然后再上傳和啟動軟件。

　　參考：

　　Diligent 的支持頁面提供了一個(gè)可下載的 zip 文件，其中包含用于將 Network Shield、Wi-Fi Shield 和 PmodWiFi 與 chipKIT MPIDE 一起使用的庫和文檔。這些庫提供以太網(wǎng)（TCP/IP 和 UDP）、USB 主機(jī)、USB 設(shè)備、CAN 和 Wi-Fi 支持。