一種兼容HTML5的Web網絡單片的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種兼容HTML5的Web網絡單片機，本發明實現了HTML5Web網頁與單片機網絡通訊及控制，改變了傳統單片機用匯編、C編譯這種開發方式，為不熟悉單片機硬件的軟件開發人員可以控制和使用單片機；這種單片機具備以下特點：支持TCP/IP網絡協議，采用B/S跨平臺應用構架；按照HTML5標準規范編程，編程難度小，通用性強；文件存儲位置靈活，可實現分布式存儲；運行軟硬件要求低，可以通過客戶端設備中兼容HTML5的瀏覽器運行。
【專利說明】-種兼容HTML5的Web網絡單片機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種兼容HTML5的Web網絡單片機。
【背景技術】
[0002] 2014年10月29日，萬維網聯盟（W3C)宣布，經過多年的艱辛努力，HTML5標準規 范終于最終制定完成。HTML5將帶來一個統一的網絡，無論是筆記本、臺式機、平板電腦、智 能手機、電視機頂盒，也無論是Windows、Linux、Android、還是iOS系統都可以通過瀏覽器 很方便的與基于HTML5的Web服務器進行通訊。HTML5被賦予了很多之前傳統HTML所沒有 具備的API，HTML5將Web平臺應用提升到一個新的高度，跨平臺的Web應用已成為未來軟 件發展的趨勢。
[0003] 單片機又稱單片微控制器，主要應用于控制領域，我們生活中所接觸的電子產品 幾乎都會用到單片機，目前，全球單片機的使用數量已經遠遠超過PC機和其他計算機的總 和。一直以來，單片機系統的開發都需要具備專業的單片機開發技術，使用匯編語言、C語 言工具進行開發，有一定的開發難度。HTML5的出現使我們有了一個新的設想，能否在現有 單片機的基礎上開發出一種兼容HTML5標準規范的，用戶不需要匯編語言、C語言也能夠控 制的通用網絡單片機呢？這樣，用戶就可以使用HTML5+JavaS Cript編程通過網絡對單片 機進行控制。
[0004] HTML5是個龐大而且復雜的Web平臺系統應用規范，一般情況下都部署在有操 作系統Winodws/Linux支持的服務器上。過去，單片機為了適應低功耗、小體積的嵌入式 要求，功能相對簡單，在單片機上集成網絡應用非常困難，隨著單片機技術的快速發展， 特別是ARM 32位、64位內核的出現，為單片機網絡應用奠定了堅實的硬件基礎。特別是 System On a Chip結構單片機的出現，設計開發基于HTML5應用的單片機將成為可能，而 兼容HTML5的單片機可以應用于跨平臺網絡控制領域，如圖1所示，基于HTML5應用的單片 機可以實現分布式安裝，集中管理，最主要的是HTML5實現了真正的跨平臺，客戶端程序在 Windows、Linux、Android、iOS系統上都可以運行，無論是PC臺式電腦、筆記本電腦、平板、 智能手機、電視機頂盒都可以作為單片機的用戶操作界面，實施方便。隨著物聯網、智慧城 市的發展，HTML5網絡單片機的應用范圍將更廣泛。
【發明內容】
[0005] 為此，本發明提供了一種兼容HTML5的Web網絡單片機，基于HTML5應用的單片機 使許多軟件系統集成開發人員不需要太多的單片機知識就可以控制單片機，應用簡單，降 低開發成本。
[0006] 本發明解決上述技術問題的技術方案如下：
[0007] -種兼容HTML5的Web網絡單片機，包括硬件框架和軟件內核，其特征在于，所述 硬件框架為內置全硬件TCP/IP協議棧，以ARM Cortex_M3CPU 32位內核的SOC單芯片；所 述軟件內核包括多任務實時操作系統內核、驅動程序以及服務程序，所述服務程序包括Web 服務器，WebSocket服務器，Modbus服務器，UART串口服務器，PLC服務器，Adobe Flash安 全沙箱和FAT32文件管理；所述網絡單片機通過符合HTML5規范的語言控制，控制命令通過 TCP/IP網絡協議傳輸。
[0008] 優選的，所述SOC單芯片為W7200,所述多任務實時操作系統內核為uCOSII開源占 先式多任務實時內核。
[0009] 優選的，所述單片機內存儲有硬件端口與軟件內核訪問地址的映射表，使軟件內 核訪問地址與W7200端口地址建立--對應關系。
[0010] 優選的，所述映射表記錄內容包括管腳號、端口名稱和訪問地址。
[0011] 優選的，由所述映射表所記錄的端口用于開關量數據采集、開關量輸出控制、模擬 量的采集、PWM控制或者數模轉換輸出、客戶端與UART串口通訊或控制第三方帶UART接口 的器件或設備，和客戶端與I2C透明通訊或控制第三方帶I2C接口的器件。
[0012] 優選的，所述硬件框架主要包括三個電路模塊，分別為SOC單片機核心電路及其 外圍元件、RJ45網絡接口電路和SD卡存儲電路。
[0013] 優選的，所述SOC單片機核心電路及其外圍元件包括以下功能：給內部硬件TCP/ IP協議棧模組提供振蕩時鐘源、給內部ARM Cortex_M3內核提供振蕩時鐘源；提供ARM內核 低電平復位電路、提供內部TCP/IP協議棧模組低電平復位電路、提供數字3. 3V，模擬3. 3V， 內核I. 8V三種電源、為單片機提供正常工作模式和自動握手，全雙工100M傳輸速率模式兩 種選擇的電路、顯示示W7200運行狀態和提供基準電壓用以保證ADC端口采集數據的精度。
[0014] 優選的，所述RJ45網絡接口電路連接W7200與外部網絡，并可以顯示網絡連接狀 態。
[0015] 優選的，所述SD存儲卡是單片機外部大容量存儲器，用以保存HTML5規范的網頁 文件、PLC梯形圖文件和Flash動畫文件。
[0016] 本發明的有益效果是：
[0017] 本發明提供一種兼容HTML5的Web網絡單片機，本發明實現了 HTML5Web網頁與單 片機網絡通訊及控制，改變了傳統單片機用匯編、C編譯這種開發方式，為不熟悉單片機硬 件的軟件開發人員可以控制和使用單片機；這種單片機具備以下特點：支持TCP/IP網絡協 議，采用B/S跨平臺應用構架；按照HTML5標準規范編程，編程難度小，通用性強；文件存儲 位置靈活，可實現分布式存儲；運行軟硬件要求低，可以通過客戶端設備中兼容HTML5的瀏 覽器運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為HTML5Web網絡單片機應用原理圖；
[0019] 圖2為HTML5Web網絡單片機軟件結構圖；
[0020] 圖3為SOC單片機核心電路及其外圍元件電路圖；
[0021] 圖4為RJ45網絡接口電路電路圖；
[0022] 圖5為SD卡存儲電路電路圖。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一 步地詳細描述。
[0024] 在一個實施例中，如圖2所示，一種兼容HTML5的Web網絡單片機，包括硬件框 架和軟件內核，其特征在于，所述硬件框架為內置全硬件TCP/IP協議棧，以ARM Cortex_ M3CPU 32位內核的SOC單芯片；所述軟件內核包括多任務實時操作系統內核、驅動程序以 及服務程序，所述服務程序包括Web服務器，WebSocket服務器，Modbus服務器，UART串口 服務器，PLC服務器，Adobe Flash安全沙箱和FAT32文件管理；所述網絡單片機通過符合 HTML5規范的語言控制，控制命令通過TCP/IP網絡協議傳輸。
[0025] 優選的，所述SOC單芯片為W7200,所述多任務實時操作系統內核為uCOSII開源占 先式多任務實時內核。
[0026] 其中，對于單片機的控制指令通過ΤΧ0Ν/ΤΧ0Ρ，RXIN/RXIP構成的RJ45接口進入網 絡單片機的硬件層，在uCOSII多任務實時操作系統的協調下，經驅動層進入應用層，根據 不同的Socket訪問端口，系統自動選擇相應的軟件服務器程序執行。應用層中包含了 7個 軟件服務器：集成Web服務器、WebSocket服務器、Modbus服務器、UART串口服務器、PLC服 務器、Adobe Flash安全沙箱和FAT32文件管理。
[0027] 所述Web服務器主要負責與客戶端瀏覽器之間進行HTTP協議通訊，響應客戶端的 請求，回應客戶端所需的信息。Web服務器主要任務：響應系統參數設置固定網頁的信息， 固定服務端口 8000 ;響應用戶存儲在單片機系統Flash存儲器或SD存儲卡中的用戶HTML5 網頁文件index, html，固定服務端口 80 ;回應客戶端文件管理請求，利用FAT32文件管理服 務，上傳和下載HTML5及網頁相關文件到系統Flash存儲器或SD存儲卡中，固定服務端口： 8080。
[0028] 所述WebSocket服務器主要實現客戶端瀏覽器之間進行Socket通訊，建立與客戶 端之間的長連接，使客戶端瀏覽器與單片機的UART串口能夠進行透明傳輸。服務端口由用 戶通過參數設置網頁設置。
[0029] 所述Modbus服務器主要負責解析來自網絡客戶端的符合國際標準的Modbus指 令，并根據指令要求對單片機所有端口進行控制，同時返回客戶端需要的數據。Modbus服 務器自動識別普通Socket連接和WebSocket連接，這樣單片機既可以兼容普通的TCP/IP Modbus通訊協議，也可以兼容HTML5規范的Modbus協議。Modbus服務器端口是WebSocket 服務器端口加1。
[0030] 所述UART服務器主要負責單片機UART1、2、3三個接口的配置和管理，使UART接 口與WebSocket服務器內部數據通訊，可以靈活的選擇UART不同接口與WebSocket服務器 內部連接，實現客戶端與不同UART接口之間透明傳輸，通過UART接口達到控制第三方具有 UART串口的設備。UART服務器與Websocket內部連接，對外服務器端口就是Websocket服 務器端口。
[0031] 所述PLC服務器是在單片機內部集成一個專用的PLC控制內核，可以解釋執行專 用的PLC梯形圖程序，HTML5網絡單片機并沒有運行HTML5的網頁文件，全部依靠客戶端瀏 覽器運行，內部集成了 PLC服務器，就可以執行PLC梯形圖程序達到離線控制，PLC的梯形 圖文件可以保存在SD存儲卡上，PLC調用到SRAM內存中解釋運行。PLC服務器服務端口是 WebSocket服務器端口加2。
[0032] 所述Adobe Flash安全沙箱主要是解決網頁文件使用Flash調用Socket跨域通訊 時出現的問題，Flash矢量動畫一直以來被廣泛的應用，其出色的Socket通訊功能是HTML5 的Websocket出現之前，解決Web網頁與支持socket的網絡設備通訊的最佳選擇，為了保 持與Flash socket兼容，Adobe Flash安全沙箱必不可少，它不斷監聽客戶端Flash socket 連接之前發起的特定消息幀，然后回應安全策略信息，成功建立socket連接。Adobe Flash 安全沙箱的服務端口固定為：843。
[0033] 所述FAT32文件管理的功能主要是將連接在單片機的SPI外部存儲設備=Flash 存儲器和SD存儲卡以FAT32文件及目錄的規范進行組織管理，以FAT32標準文件的格式存 儲。如：HTML5網頁文件、JavaScript文件、SWF文件和梯形圖文件。
[0034] 優選的，所述硬件框架主要包括三個電路模塊，分別為SOC單片機核心電路及其 外圍元件、RJ45網絡接口電路和SD卡存儲電路。
[0035] 如圖3所示，所述SOC單片機核心電路具體為：由R12、C21、C22、T2組成25M晶振 電路與W7200的39腳、40腳連接，給內部硬件TCP/IP協議棧模組提供振蕩時鐘源；R8、C8、 C9、T1組成8M晶振電路與W7200的4腳、5腳連接，給內部ARM Cortex_M3內核提供振蕩時 鐘源；W7200的6腳連接C10,構成ARM內核低電平復位電路；電容C15連接51腳構成內部 TCP/IP協議棧模組低電平復位電路，然后連接3腳，程序通過PC15可控制TCP/IP協議棧模 組復位。W7200內部硬件TCP/IP協議棧模組對電源有特殊的要求，有數字3. 3V，模擬3. 3V， 內核1.8V三種電源，外部輸入3. 3V直接當作數字3. 3V電源。數字3. 3V經電容Cll、C12 濾波接入8腳，數字3. 3V電源經電容C13、C14濾波接入19腳，數字3. 3V電源經電容C4、 C5、C6、C7、電感Ll組成模擬3. 3V電源接入57腳，I. 8V電源由14腳輸出，經電容C18、C19、 C20、電感L2濾波處理后接入46腳，50腳通過電容C16、C17接入GND ;48腳接電阻RKKRll 共28. 7K偏置電阻與GND連接，45腳接低電平設置為正常工作模式，58腳、59腳、60腳通過 10K電阻排Rl-I接高電平，配置TCP/IP協議棧模組為自動握手，全雙工100M傳輸速率模 式；W7200有12位ADC模擬量端口，但內部沒有提供基準電壓，由TL431和R9構成2. 5V基 準電壓接入9腳ADC輸入端，以確保ADC采集模擬數據精確。⑧為了直觀顯示W7200運行 狀態，電路中設計了一個RLED和R7接入2腳。
[0036] 如圖4所示，所述RJ45網絡接口電路連接W7200與外部網絡，由RJ45標準接口 13F-60FGYDPNW2,51歐的匹配電阻1?1、1?2、1?3、1?4和電容(：1、02、03組成，接口電路中了父0?、 ΤΧ0Ν、RXIP、RXIN 連接 W7200 的 52 腳、53 腳、55 腳、56 腳。R5、R6 連接 RJ45 接口的 LED 指 示燈，顯示網絡連接狀態。
[0037] 如圖5所示，SD存儲卡是單片機外部大容量存儲器，可以保存HTML5規范的網頁文 件，PLC梯形圖文件，Flash動畫文件。SD存儲卡電路由SD卡座SD_Card，上拉電阻排R1-2 和旁路電容C23組成，接口采用SPI通訊方式，SD卡的SS、MIS0、M0SI、SCLK的SPI信號線 分別連接W7200的20腳、21腳、22腳、23腳。
[0038] 優選的，所述單片機內存儲有硬件端口與軟件內核訪問地址的映射表，使軟件內 核訪問地址與W7200端口地址建立--對應關系。
[0039] 優選的，所述映射表記錄內容包括管腳號、端口名稱和訪問地址。
[0040] 優選的，由所述映射表所記錄的端口用于開關量數據采集、開關量輸出控制、模擬 量的采集、PWM控制或者數模轉換輸出、客戶端與UART串口通訊或控制第三方帶UART接口 的器件或設備，和客戶端與I2C透明通訊或控制第三方帶I2C接口的器件。
[0041] 建立了映射表，外部軟件就可以通過WebSocket和Modbus協議對端口進行控制和 信號采集。W7200是LGA60封裝的單芯片，共60個管腳，除了正常運行需要接入電阻、電容、 晶振和電源管腳外，把剩下的I/O按照所述映射表進行規劃：
[0042]
【權利要求】
1. 一種兼容HTML5的Web網絡單片機，包括硬件框架和軟件內核，其特征在于，所述 硬件框架為內置全硬件TCP/IP協議棧，以ARM Cortex_M3CPU 32位內核的SOC單芯片；所 述軟件內核包括多任務實時操作系統內核、驅動程序以及服務程序，所述服務程序包括Web 服務器，WebSocket服務器，Modbus服務器，UART串口服務器，PLC服務器，Adobe Flash安 全沙箱和FAT32文件管理；所述網絡單片機通過符合HTML5規范的語言控制，控制命令通過 TCP/IP網絡協議傳輸。
2. 根據權利要求1所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述S0C單 芯片為W7200,所述多任務實時操作系統內核為uCOSII開源占先式多任務實時內核。
3. 使用權利要求2中所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述單片 機內存儲有硬件端口與軟件內核訪問地址的映射表，使軟件內核訪問地址與W7200端口地 址建立 對應關系。
4. 使用權利要求3中所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述映射 表記錄內容包括管腳號、端口名稱和訪問地址。
5. 使用權利要求4中所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述映 射表所記錄的端口用于開關量數據采集、開關量輸出控制、模擬量的采集、PWM控制或者數 模轉換輸出、客戶端與UART串口通訊或控制第三方帶UART接口的器件或設備，和客戶端與 I2C透明通訊或控制第三方帶I2C接口的器件。
6. 根據權利要求2所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述硬件框 架主要包括三個電路模塊，分別為S0C單片機核心電路及其外圍元件、RJ45網絡接口電路 和SD卡存儲電路。
7. 根據權利要求6所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述S0C單 片機核心電路及其外圍元件包括以下功能：給內部硬件TCP/IP協議棧模組提供振蕩時鐘 源、給內部ARM Cortex_M3內核提供振蕩時鐘源；提供ARM內核低電平復位電路、提供內部 TCP/IP協議棧模組低電平復位電路、提供數字3. 3V，模擬3. 3V，內核1. 8V三種電源、為單片 機提供正常工作模式和自動握手，全雙工100M傳輸速率模式兩種選擇的電路、顯示W7200 運行狀態和提供基準電壓用以保證ADC端口采集數據的精度。
8. 根據權利要求1-7中任意一項所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在 于，所述RJ45網絡接口電路連接W7200與外部網絡，并可以顯示網絡連接狀態。
9. 根據權利要求8中所述的一種兼容HTML5的Web網絡單片機，其特征在于，所述SD 存儲卡是單片機外部大容量存儲器，用以保存HTML5規范的網頁文件、PLC梯形圖文件和 Flash動畫文件。
【文檔編號】G06F15/78GK104360983SQ201410689769
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】孫雄, 鄺巨興, 鄺海周 申請人:海口豐潤動漫單片機微控科技開發有限公司