А. Ковалев

ZiLOG eZ80: Webserver в действии

Рисунок 1. Вас приветствует рука робота под управлением eZ80 - демонстрационный модуль на выставке ╚Elektronika╩ в Нюрнберге

В течение ряда лет ZiLOG анализирует требования индустриального рынка, на котором микроконтроллер Z80 является одним из признанных фаворитов. Стремление к микроминиатюризации рождает сегодня зачастую сильно урезанные решения. Гибкие стандарты Интернет изменяются в мире микроконтроллеров до неузнаваемости, появляются tiny-, nano-, pico-версии, которые по сути своей являются всего лишь игрушками. Фирма ZiLOG создала Интернет-процессор, который способен решать реальные задачи управления устройствами в сети, снабдив его полноценными версиями межсетевых протоколов, согласно стандартам RFC.

Однокристальный Веб-сервер eZ80 способен хранить полноценный Вебсайт. Тем самым задачи удал╦нного управления в системах бытового и промышленного назначения становится возможным решать с помощью привычного Интернет-браузера. Как, например, манипулировать рукой робота (рис. 1), нажимая кнопки на экране и вводя текстовые команды, которые затем будут отправлены по каналу Ethernet на Вебсервер, управляющий роботом.

В статье рассматриваются функциональные возможности процессора и средства разработки программного обеспечения, в числе которых библиотеки поддержки сетевых протоколов и демонстрационная плата Вебсервера на базе eZ80190.

Оснастка процессора

Процессор eZ80190 обладает широким и поистине уникальным набором периферийных устройств. 6 таймеров, блок обработки сигналов, универсальный блок последовательных интерфейсов и 32 линии ввода/вывода делают его передовым коммуникационным контроллером. Сигналы выбора кристалла и генератор задержек позволяют подключать различные типы памяти и внешних устройств. Линейное пространство памяти размером в 16 МБ позволяет практически безгранично расширять этот набор. Отладочный интерфейс существенно облегчает разработку приложений. Рассмотрим вс╦ в деталях.

Таблица 1.

Универсальный интерфейс ZiLOG (UZI)

Каждый из двух UZI содержит аппаратные реализации тр╦х последовательных интерфейсов (SPI, UART, I²C), регист-ры управления и задающий генератор.

Генератор состоит из 16-разрядного сч╦тчика, двух 8-разрядных регистров начальных значений и логиче-ского дешифратора; модуль UART выполняет все функции асинхронного последовательного обмена данными. Он содержит FIFO-буферы размером 16 байт для организации как передающей, так и принимающей очереди. SPI представляет собой синхронный интерфейс для подключения нескольких устройств SPI. Модуль может работать в режиме ведущего или ведомого устройства. Блок I²C обеспечивает четыре режима работы: передающий ведущий, принимающий ведущий, передающий ведомый и принимающий ведомый.

ОЗУ

ОЗУ на кристалле состоит из 8 Кбайт памяти общего назначения и 1 Кбайт памяти для умножающего аккумулятора. Возможно отключение обоих блоков памяти, а также перемещение их в верх-ний логический диапазон адресов.

ПДП.

В процессоре реализованы два канала прямого доступа к памяти. Каждый канал имеет отдельный набор управляющих регистров. Передача данных происходит в пакетном режиме или в режиме займа тактов.

Выбор кристалла.

eZ80 имеет четыре сигнала выбора кристалла. Каждый из них может быть использован для адресации памяти или устройств ввода/вывода. Диапазон адресуемой памяти программируется индивидуально с шагом 64 Кб.

Таймеры.

Шесть 16-разрядных таймеров доступны для использования в процессоре. Каждый таймер имеет также 4-разрядный предделитель.

ZDI.

ZiLOG Debug Interface реализует функции модуля внутрисхемной эмуляции на кристалле. ZDI позволяет пользователю посредством отладочного устройства выполнять программу процессора в пошаговом режиме, получать данные о регистрах и содержимом памяти и изменять их.

Умножающий аккумулятор.

Этот блок Вебсервера eZ80 выполняет функции, обычно возлагаемые на цифровой процессор сигналов. Он обладает следующими свойствами:

• 16-разрядный умножитель переда╦т 32-разрядное значение в сумматор. 40-разрядный сумматор накапливает сумму произведений;
• ОЗУ содержит два пространства операндов, называемые X и Y. В каждом пространстве организованы два порта чтения, один порт используется для записи операндов с шины процессора, другой порт используется аккумулятором для выполнения операций. Такая конфигурация позволяет одновременно поставлять значения для вычислений и пользоваться производимыми результатами;
• для управления умножающим аккумулятором предоставляется набор регистров.

Вебсервер в микроконтроллере

Одной из пилотных разработок на базе eZ80 стал модуль SKIA фирмы Webolution, Munchen. Модуль позволяет разрабатывать и выполнять программу Вебсервера, общаться с другими модулями, передавая пакеты TCP/IP в среде Ethernet, отправлять страницы HTML по клиентским запросам от браузеров Интернет. Ядро содержит 128 Кб ОЗУ, 512 Кб FLASH, часы реального времени, 4-канальный АЦП, 1 канал ЦАП, асинхронный и синхронный интерфейсы. Плата размером 5x5 см (рис. 2) обладает, таким образом, возможностями сервера.

Рисунок 2. Наращиваемая коммуникационная Интернет-система SCIA на базе eZ80190

Традиционно применение микроконтроллеров основывалось на схеме, в которой несколько управляемых устройств связывались с главным компьютером, передавая ему данные о контролируемом процессе, предоставляя возможность их обработать, ожидали дальнейших распоряжений. Компьютер обладает пользовательским интерфейсом, с помощью которого осуществляется управление сетью микроконтроллеров. Недостатком такого подхода является необходимость разработки всей системы коммуникаций, протоколов и прикладных программ от начала и до конца. Современный подход заключается в понятии Embedded Internet.

Embedded Internet

Преимущества технологии, описываемой в этом разделе, заключаются в двух основных тезисах:

1. Использование общепринятых коммуникационных стандартов, положенных в основу Интернет.
2. Сокрытие низкоуровневых стандартов от пользователя, обеспечение его программным интерфейсом к предоставляемым сервисам.

ZiLOG предоставляет разработчикам компилятор C, стек коммуникационных протоколов, созданный компанией MetroLink специально для процессора eZ80. Стек поставляется в виде библиотеки с соответствующим программным интерфейсом. Пользователь работает на уровне вызовов служб Интернет и обработки параметров запросов этих служб и, в общем случае, его не интересуют детали нижних уровней реализации. При этом время разработки серверных решений оказывается существенно малым, и затраты труда программиста также невелики.

Таким образом, сам по себе процессор не решает обеих задач, он обеспечивает полный набор характеристик и возможностей для осуществления этого решения. Задачи решает поставляемое программное обеспечение, реализующее стандартный стек TCP/IP протоколов и драйверы Ethernet. ZiLOG предоставляет не только мощный процессор для управления промышленным производством, но и выходит на рынок с решением, основанным на стандартах, реализованном в стандартных интерфейсах, проверенном и удобном для большинства пользователей.

Стек TCP/IP

В состав средств разработчика eZ80 входит библиотека поддержки стека протоколов TCP/IP. Набор реализованных протоколов насчитывает UDP, DHCP, HTTP, FTP, ARP, RARP, PPP, ICMP, SNMP и Telnet. Стеку дано название IPWorks. Фактически имеется готовое решение, обеспечивающее для процессора интеграцию в Internet и возможность разработки сетевых приложений. Оста╦тся лишь снабдить сервер комплектом гипертекстовых страниц. Каждое соединение выполняется под управлением операционной системы реального времени, обеспечивается как минимум 8 одновременно обрабатываемых запросов, кроме того система может выполнять локальные задачи. Спектр применений eZ80 - объединяемые в сеть системы бытового и промышленного управления.

Демонстрационная плата

ZiLOG выпускает набор разработчика для процессора eZ80. В его состав входит демо-плата, которая специально выполнена для работы в качестве Вебсервера (рис. 3). Плата содержит контроллер доступа к среде Ethernet (MAC) и коннектор RJ45, консоль для подключения терминала для использования в качестве пользовательского интерфейса операционной системы, модем в качестве второго интерфейса, 1 Мб ОЗУ и 1 Мб FLASH.

Рисунок 3. Демонстрационная плата разработки на eZ80190

В перепрограммируемое ПЗУ записана работающая операционная система с выполняемым примером Вебсервера, демонстрирующим основные функции и возможности библиотеки TCP/IP. Среди них доступ к страницам кода HTML, выполнение JavaScript, апплетов Java, а также обработка запросов GET и POST протокола HTTP. Кроме того, в память загружено программное обеспечение для программирования FLASH-памяти. Оно позволяет записывать готовые версии вебсервера в постоянное запоминающее устройство и исполнять оттуда в качестве самостоятельной независимой программы, не требующей дополнительных устройств для своей работы.

Среди примеров программ разработчик получает сведения об использовании последовательных портов и открытии сокетов TCP/IP - TCP/UDP.

В процессе разработки программного обеспечения для Вебсервера, демонстрационная плата используется в следующей комбинации со средствами разработки. На персональном компьютере разработчика устанавливается программная оболочка ZiLOG Development Studio. К последовательному порту ПК подключается отладочный интерфейс ZPak. Интерфейсный блок подключается к соответствующему разъ╦му, предусмотренному на плате. Выход консоли на плате подключается к последовательному порту терминального компьютера. Теперь достаточно обеспечить напряжение питания 9 В, и сборка в целом готова к работе.

Операционная система предоставляет сведения о конфигурации Вебсервера, о процессах, выполняемых eZ80, о доступных устройствах и текущем времени, а также поддерживает ряд других специальных команд.

Для контроля работы сервера в самостоятельном режиме к нему можно подключать модуль жидкокристалличекого индикатора (рис. 4). Кроме того, предоставляются примеры программного обеспечения, демонстрирующие методы создания и использования сокетов для отладки и организации командных интерфейсов работы с сервером.

Рисунок 4. Демо-плата с ЖКИ

Резюме

ZiLOG представляет микроконтроллер eZ80, а вместе с ним - полное решение для построения пользовательских вебсерверов, способных управлять промышленными установками и локальными сетями. Решение основано на использовании стандартных протоколов стека TCP/IP и обеспечивает доступ к серверу посредством стандартных пользовательских программ для Интернет, таких как Internet Explorer или Netscape. Разработчик обеспечивается полным комплектом демонстрационных и отладочных средств, сеть офисов ZiLOG предоставляет техническую поддержку.

Литература

1. Продукция ZiLOG представлена на вебсайте компании: http://www.zilog.com.
2. Вебсайт фирмы Gamma: http://www.gamma.vyborg.ru.