使用微控制器實現Web伺服器以解決物聯網數據採集需求

作者：Gordon Lunn和Gordon McNabb, Bridgetek

最近物聯網（IoT）相關的文章充斥在許多電子工程雜誌。眾所周知雖然物聯網的服務五花八門包羅萬象，但有些基礎的特性卻都是大同小異。舉例來說，不論該技術的應用為何，可以肯定的是，需要持續存取不斷增加的大量數據，以利後續的分析、操作和比較。而大部分工作的完成，都是從數據的取得作為開始，以傳輸到雲作為結束。

為了能夠與雲連線操作，必須使用具備相應界面的特定微控制器（MCU）作為橋接轉換- 可以使用乙太網絡處理有線連接，在無線方面，可以透過Wi- Fi、ZigBee或者藍牙協定。隨著物聯網應用越來越多樣化，而且每種應用都有其特定的操作門檻。因此，微控制器需要有更多的I / O擴充功能。

圖1：工控系統採集感測器陣列數據

圖1詳細描述一個簡單案例，使用網頁伺服器用來搜集感測器陣列的數據。在這個應用中利用開源的lwIP（輕量級TCP/IP協定）平台提供網路連接所需的TCP / IP協定層。在微控制器執行網頁伺服器所提供的網頁代碼，透過此網頁，經由適當訓練的操作員就可以查看和分析所有獲得的數據。按照應用特性，有些數據可能需要即時的處理（例如 : 在工廠生產線的檢測系統，如果發現問題，需要馬上採取措施）。在這種情況，系統延遲可能會帶來重大的問題，如果沒有足夠的時間作出適當對策，接下來就可能導致嚴重的後果 - 例如昂貴的機械設備被損壞或者附近員工將處於危險之中。

如前文所述，目前大多數微控制器的I / O資源都相對有限，並不能完全符合工程師的期望和需求。需要具備更強大的連接能力，在此同時也需要提升運算效能。儘管很多物聯網應用偏重在大量遠距離感測器的連接，因此專註在維持較低功耗與提供相對有限的資料傳輸。但除此之外，還有更多的案例需要使用高速資料傳輸和數據處理。例如 : 家庭自動化、工業監控、公共設施等。

目前市場上大多數微控制器的解決方案都偏重在使用軟體所支持的功能組合，與這些多數微控制器形成對比，Bridgetek 的FT90X系列微控制器，則是使用硬體來執行大部分功能。使用軟體支持的傳統微控制器平台，無法因為操作性能的優化而從中受益，也無法達到上述密集數據和低延遲的優點。

內置先進的橋接技術，對於32位RISC 微控制器是至關重要。因為使用這種技術的微控制器可以在高速I / O之間提供專用橋接，最適合設計用來讀取分散的硬體組件。微控制器內部有著獨立的運算處理單元和I / O單元介面，以確保指令可以正確地完成，而沒有任何延遲問題的產生。利用專有的FT32內部核心，可以提供真正零等待的狀態下操作，在100MHz的頻率運行時，可以達到310 DMIPS的性能。除了兼容10 Base-T（10Mbps）和100 Base-TX（100Mbps）的乙太網絡連接之外，還支持CAN匯流排、I2C、USB和其他多種I / O。

回到前面例子（如圖1所示）MM900EVxA板（使用FT90X 微控制器）可以實現網頁伺服器的功能，並即時處理感測器陣列所產生的所有數據。在硬體上，實現通用即插即用（UPnP）的功能，在Windows資源管理器屬於「網路」部分的「其他設備」與其他網路連接平台類似。為了讓安裝更加快速和容易，相關網路的設置也可以儲存在MM900EVxA板上的非揮發性記憶體，資料會儲存在lwIP資料庫中。 HTTPD應用程序從虛擬文件系統讀取靜態和伺服器的內部文件。使用HTTPD應用程序處理伺服器的內部文件，而增加的數據則透過應用程序的回調函數 (call-back function)來處理。

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