基于Cortex-M3的嵌入式以太网门禁系统设计

基于Cortex-M3的嵌入式以太网门禁系统设计

　　2 系统软件设计

　　2.1 以太网协议LwIP

　　LwIP是瑞士计算机科学院开发的小型开源的TCP/IP协议栈。由于它只需要十几K的RAM和40K左右的ROM就可以运行，所以很适合在硬件资源并不充裕的嵌入式系统中使用。

　　LwIP属于比较松散的通信机制，通过共享内存的方式实现应用层与底层协议之间的通信。它提供了三种API：①RAM API，②LwIP API，③BSD API。

　　其中的RAM API其缺点就是代码不易于理解，开发难度大，其优点是相对于其他两种方式占用的资源少，效率更加高，更适合于对于资源相对少的嵌入式使用，所以我们采用RAM API方式进行编写。

　　在TCP/IP传输层中有TCP和UDP两种协议，TCP提供IP环境下数据的可靠传输，UDP提供的是不可靠传输，由于门禁系统中必须要求传输数据的正确，所以采用TCP。图5是LwIP下的TCP处理流程框图。

　　RAM API把协议栈和应用程序放在一个进程里，该函数基于函数回调技术，下面是LwIP的部分关键配置和代码。

　　(1)LwIP配置

　　在LwIP的配置文件lwipopts.h中修改如下地方。

　　是否使用操作系统，我们不用，所以填写为1：

　　#define NO_SYS 1

　　配置heap的大小：

　　#define MEM_SIZE

　　配置pool的大小

　　#define PBUF_POOL_SIZE

　　#define PBUF_POOL_BUFSIZE

　　以上三个配置占据了LwIP协议栈大部分的内存，需要根据自己的需要修改成合适的值。

　　(2)LwIP代码

　　①分别设置IP地址，子网掩码和网关：

　　IP4_ADDR(&ipaddr，192，168，2，28);

　　IP4_ADDR(&netmask，255，255，255，0);

　　IP4_ADDR(&gw，192，168，2，254);

　　②初始化底层函数，也就是配置MAC地址，初始化ENC28J60，配置最大输出单元等：

　　low_level_init(netif);

　　③连接远程主机，当连接建立，就会调用第4个参数Conn_Back：

　　tcp_connect(TCP_pcb，&ipaddr，1026，Conn_back);

　　④当有新的数据接收到时调用的回调函数：

　　tcp_recv(TCP_pcb。tcp_recv_callback);

　　⑤服务器成功接收到数据后调用的回调函数：

　　tcp_sent(TCP_pcb，tcp_sent_callback);

　　⑥处理错误的回调函数：

　　tcp_err(pcb，CMD_conn_err);

　　⑦是否接收到数据：

　　ethernetif_input(&enc28j60);

　　通信一旦结束或者出现异常状况后，一定要使用pbuf_free()函数释放pbuf，避免内存的浪费。还有一点要注意的是，系统在正常运行的过程中，定时器函数tcp_fasttmr()和tcp_slowtmr()函数必须以固定的时间间隔被规律地调用。

　　2.2 门禁系统软件架构与设计

　　门禁系统的主要流程如图6所示，每次重新启动后，首先初始化相关寄存器，初始化各个模块，确定已经连接服务器，然后进入程序主循环。

　　首先监测是否需要调用LwIP内部的快速定时器和慢速定时器。然后监测服务器是否有断开，如果断开则重新连接服务器，没有断开的话则检测是否有智能卡，有的话接收卡中信息进行处理然后发送给服务器。

图6 门禁系统的主要流程图

　　结语

　　本文对使用STM32为主控芯片的门禁系统的硬件和软件架构进行了相应的描述，对于文中所涉及的芯片和以太网协议的使用具有指导意义，能够较大幅度地降低成本，同时门禁系统的使用会更加稳定，传输距离更长。

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