基于PIC单片机的网络嵌入式系统分析

摘要：随着我国计算机信息技术的不断发展，我国已经正式进入了后PC时代，而这一时代的主要特征就是嵌入式系统与互联网的完美结合。在这种网络环境的发展下，本文就PIC单片机的网络嵌入式系统进行了具体研究，希望能够以此进一步推动我国后PC时代的发展。

关键字：PIC单片机；网络嵌入式系统；实时监控

前言：

所谓网络嵌入式系统，是一种能够将操作系统与功能软件集成于计算机硬件系统中的，软硬件一体化计算机系统，现已在我国工业通讯、航空、军事等多种行业进行应用。在本文的研究中，笔者选择了Microchip公司的PIC18F2455单片机，设计了一种能够通过互联网进行无缝监控的网络嵌入式系统，并希望能够通过单片机的优势，保证这一网络嵌入式系统能够具备稳定性强、功耗低的特点。

1 硬件设计

1.1 PIC单片机的优势分析

在设计中使用的PIC18F2455单片机，本身属于8位处理器中的佼佼者，其本身不仅拥有出色的计算性能，还具备价格优惠的特点，在应用PIC18F2455单片机进行具体的网络嵌入式系统设计时，其还具备着双速启动、指令集扩展、存储器耐擦写能力较强等多种应用优势，对于本文中提到的无缝监控网络嵌入式系统的实现，有着不俗的推动作用[1]。

1.2 主处理器的软件设计

在无缝监控网络嵌入式系统的主处理器设计中，我们需要设法满足这一系统的数据寻址与中断处理，由于采用的PIC单片机本身是基于哈佛结构的存储系统，所以其本身的程序存储器与数据存储器是分开的，所以在设计环节中，我们需要对其程序存储器与数据存储器进行分别设计完成系统的数学寻址工作，而在中断处理工作中，我们需呀为其设计专用的数据中断处理系统。

1.2.1 程序存储器的设计

由于我们使用的PIC单片机本身具备24KB闪存存储器，所以我们可以通过程序计数器进行偏移量的计算或是使用表读和表写，完成具体的程序存储器的合理利用。

1.2.2 数据存储器的设计

由于使用的PIC单片机通过PAM方式进行数据存储，所以我们必须对其进行寻址机制的设计，以此保证其本身对于地址的快速存取。在本文的设计中，为了实现主处理器中数据存储器的高校寻址，本文采用直接寻址与间接寻址两种寻址办法共同运用的方式，进行这一环节的设计。这里的直接寻址是指利用BSR直接赋值进行寻址，而间接寻址则是通过文件选择寄存器FSR进行动态更新变量地址的存取[2]。

1.2.3 数据中断处理系统的设计

在我们使用的PIC单片机中，其本身具有对个中断源与中断优先级功能，我们只要通过这一PIC单片机的功能进行具体设计，就可以给大多数中断源提供高、低优先级的中断服务。在这系统的具体设计中，高优先级中断事件能够对正在进行的低优先级进行中断。在具体的设计环节中，我们需要将Status、WREG和BSR保存在快速寄存器堆栈中，以此节省中断服务本应需要对较大存储空间，不过这种办法只适用于高优先级中断。由于堆栈寄存器无法可靠的存储低优先级中断的数据，这点我们需要在无缝监控网络嵌入式系统的使用中予以注意。

2 网络控制器高效工作的实现

为了实现无缝监控网络嵌入式系统中网络控制器的高效工作，我国还需要运用ENC28J60以太网控制器，并通过其与PIC单片机的相互配合，实现网络控制器的高效工作。由于ENC28J60以太网控制器本身通过静态RAM进行数据的存储，所以我们需要为其读缓冲器RBM设计程序代码，在这一设计中，为了保证数据接收不会超过ENC28J60以太网控制器的处理极限，我们需要设计变量作为计数器，以此实现对冗长数据的忽略，实现网络控制器的高效工作。

在网络控制器高效工作实现环节中，我们还需要对网络控制器本身的发送和接收数据包功能进行设计。

2.1 划分ENC28J60以太网控制器的缓冲区

在发送和接收数据包这一环节中，我们需要对ENC28J60以太网控制器的缓冲区进行平均分配，这一分配是由于发送与接收两方面工作均衡所致。在本文的数据包接收环节中，采用了一种二次调用RBM的方法，而实现这一方法需要在PIC单片机中开辟接收数据包的缓冲区，以此实现对RAM的二次调用，以此保证数据包接收的可靠。值得注意的是，在主控制器处理完一个数据包后，应自动释放已处理数据占用的缓冲空间，保证主控制器能够进行连续运行[3]。

2.2 发送数据包

在数据包的发送环节中，ENC28J60以太网控制器中的MAC会在发送是自动生成前导符和帧起始定界符，PIC单片机也会自动生成帧字段，并与MAC生成的CRC字段一并写入缓冲存储器中，等待具体的发送。值得注意的是，由于发送数据包的数据缓冲发送区有着4KB的大小，所以这一环节我们通过窗口读取的方法进行了数据发送的分流[4]。

结论：本文基于PIC单片机进行了无缝监控的网络嵌入式系统的设计，并详细论述了无缝监控的网络嵌入式系统硬件设计与网络控制器环节的设计内容，希望能够以此推动我国网络嵌入式系统的发展，最终推动我国后PC时代的再一次进步。

参考文献：

[1]戴力，刘笃仁.一种基于PIC单片机的嵌入式Internet实现[J]

[2]于强.基于MIcrochipPIC24F单片机的无线数据传输电路软硬件设计[J].电子世界，2012，02：26-27.

[3]姜毅，朱民耀，陈荣林，崔微.基于PIC32单片机的嵌入式远程控制器的设计[J].工业控制计算机，2016，04：103-104+109.

[4]滕赢，夏明超.基于PIC18F87J60的微网电能质量监测网络系统设计与实现[J].电网与清洁能源，2011，01：25-28.

作者简介：

刘靓（1982—）男、汉族，湖南省涟源市，贵州电子信息职业技术学院，副教授，工学硕士，单片机、嵌入式系统。