单片机TCP/IP开发板
摘要: 本文根据作者在使用单片机TCP/IP开发板过程中的经验介绍了单片机TCP/IP开发板的用途、如何选择单片机TCP/IP开发板、如何使用TCP/IP开发板进行新项目的开发。对于需要实现单片机TCP/IP技术的初学者来说有一定的借鉴意义。
关键词: 单片机；TCP/IP；开发板；学习板；单片机上网；
1 引 言
单片机TCP/IP开发板（或称之为单片机TCP/IP学习板）是为提供用户学习单片机TCP/IP协议栈技术，从而设计自己的基于单片机TCP/IP项目而提供的一种开发板。
在当今信息时代，计算机的联网已经慢慢的过渡到了嵌入式设备的联网，联网技术就不得不提到TCP/IP协议栈，这就需要在嵌入式设备上实现嵌入式TCP/IP协议栈。对于高端的嵌入式CPU，可以运行Linux等操作系统实现嵌入式TCP/IP协议栈相对比较容易。但是像51单片机、AVR单片机、PIC单片机上实现TCP/IP协议栈就比较复杂，因为TCP/IP协议栈对CPU 的速度、内存消耗要求比较高。
于是在单片机上实现TCP/IP协议栈，如果完全从头开始实现，则需要几个月到几年的实现，对于单片机上网项目的开发是一个重点和难点。于是就需要单片机TCP/IP开发板。本文主要以51单片机上的TCP/IP协议栈为例。
2 单片机TCP/IP开发板的用途
目前单片机上网技术是一个热门技术，很多高校学生选择与此相关的毕业设计，同时高校也有与此相关的项目。为了快速实现单片机TCP/IP，可以通过使用单片机TCP/IP开发板来实现。一般一个单片机TCP/IP开发板需要包含如下的内容：
1． 单片机TCP/IP协议栈：用户可以根据协议栈提供的用户接口来实现TCP的发起连接、接受连接、发送数据、接收数据、关闭连接等操作。最好是该协议栈能够兼容BSD socket接口。
2． 硬件电路板及其相关连接线：用此硬件可以建立嵌入式TCP/IP实验环境。
3． 硬件原理图：这可以方便用户将相关硬件集成到自己的电路板中。
4． 配套开发工具：在嵌入式TCP/IP实验环境中必须要有PC机端的软件，用以和开发板进行通信。
3 如何选择单片机TCP/IP开发板
3. 1 各类开发板
目前单片机TCP/IP一般有面向16位和32位的单片机的LWIP、面向8位单片机的uIP、面向51单片机的ZLIP等。目前51单片机上的TCP/IP协议栈以uIP和ZLIP为主，目前uIP的最高版本为V1.0，ZLIP的最高版本为ZLIP增值版V1.0。
市面上的开发板有老古开发网单片机TCP/IP开发板套件、北京电子无忧网的51单片机TCP/IP上网开发板、上海卓岚的51单片机TCP/IP开发板等。
3. 2 选择注意事项
作为单片机上网技术学习者，选择一款合适的开发板对于学习是事半功倍的，选择开发板时应该注意以下问题：
1． 价格考虑。TCP/IP开发板的最主要的东西在于TCP/IP协议栈本身，硬件的成本可以做得很低，所以不要因为低价而忽略了核心软件。对于TCP/IP协议栈可以从如下方面考虑：
a) 稳定性：商家提供的TCP/IP协议栈是否有全面的测试，是否在连续PING的情况下不断线，是否在发送接受大数据量（例如10M以上）时不丢失任何字节？对于使用者来说如果协议栈不稳定，那么对于项目的顺利开发将带来很大麻烦。
b) 易用性：使用单片机TCP/IP开发板的用户一般都对于嵌入式TCP/IP的使用不太了解，这就需要开发板提供更加完善的资料和使用手册。包括函数定义、更多的例子程序等。
c) 厂家的技术：某些厂家只是仿冒他人的开发板，用户在使用中遇到的问题根本无法给于解答。这就需要用户问清楚该协议栈是否是厂家自己设计的。
2． 外包装和质量保证：外包装不好可是使得用户收到时，开发板已经在运输过程中受损而无法使用。
4 使用TCP/IP开发板
下面介绍如何使用TCP/IP开发板来进行项目开发。
4. 1 开发板套件
4. 2 开发板部件
一个开发板本身是一个单片机系统，包含有CPU、RAM、电源模块、网络模块。网络模块有很多选择，这里以RTL8019AS为例来说明。对于外部接口，最主要的是：⑨网线接口和⑩串口，它们是开发板和PC连接的接口。
4. 3 建立开发环境
建立单片机TCP/IP开发环境的步骤有如下几步：
1． 连线：连线是将开发板与PC机的串口连接，给开发板上电，然后将开发板连接到和PC在同一个网段中。
2．
安装软件：需要安装开发板的编译环境。对于51单片机，一般选用 KeilC51
3． 测试连接：一般可以通过PING命令，例如ping 192.168.0.2 –t来测试开发板和PC机的网络是否处于连通状态。
4. 3 开发基于开发板的新程序
这里介绍如何在不修改开发板硬件的基础上，开发自己的单片机TCP/IP程序。开发新程序就是在开发板提供的TCP/IP协议栈的基础上开发应用层的协议。由于TCP层和IP层都已经提供，所以用户不用考虑其中的运行机制。TCP/IP协议栈一般为用户提供如下的接口：
1． 初始化协议栈和释放协议栈的函数接口，类似Init(), Release()之类的函数。
2． 提供类似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函数，用户调用此类函数进行发起连接、接受连接、发送数据、接收数据、关闭连接等操作。
3． 接受连接、接收数据、被动关闭的处理：由于此类操作是上位机发起的，所以TCP/IP协议栈必须提供一套机制来处理此类事件的发生。一般来说有两种方法：
a) 主动等待：例如使用BSD的recv()函数等待数据的到来。
b) 回调机制：采用类似MFC的OnReceive()函数的回调机制，也即是说在接收到数据的时候会自动调用OnReceive()函数。
那么用户如何使用以上的接口来实现远程控制、远程数据采集呢？方法很简单。
例如现在需要实现一个对LED灯的亮和灭的远程控制应用。首先PC机使用TCP/IP发送工具例如SocketDlgTest程序发送一个字节的“1”到开发板（根据开发板的IP地址发送）。开发板在OnReceive函数中发现收到的是“1”，那么就通过P1端口将灯打开；反之如果收到的是“0”则将灯熄灭。
如果是实现一个远程数据采集的应用，例如定时进行温度采集。首先PC机使用SocketDlgTest程序等待发来数据。开发板每隔一段时间采集一个数据，然后通过send()函数将数据发送给PC机（根据PC机的IP地址发送），这样PC就接收到了当前的远程温度数据。
4. 3 开发基于新硬件的程序
通过“开发基于开发板的新程序”一节的介绍后，开发基于新硬件的程序就相对容易了。这只要根据单片机TCP/IP开发板相应的硬件调整通过单片机的控制端口例如P1进行控制或者数据采集即可。