CN104052609A - Flash-Server嵌入式网络服务器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开Flash-Server嵌入式网络服务器模块，其特征是：Flash客户端(1)通过TCP/IP网络(2)与Flash-Server嵌入式网络服务器模块(3)相连，所述模块(3)通过74HC595/74HC165串行总线级联74HC595和74HC165串行IC，控制8-256路的数字IO输入输出；通过UART串行接口扩展单片机进行二次开发；通过UART串行接口和RS232-485转换电路，在485总线上扩展工业PLC、变频器或其他具备485通讯接口的设备。本发明为FLASH动画软件和外围硬件设备架设了一个通讯桥梁，实现Flash动画技术与硬件电路之间的人机界面交互。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络服务器模块设备领域，具体地讲是利用32位ARMCortex-M3单片机为核心，基于TCP/IP网络通讯协议设计的专用Flash-Server嵌入式网络服务器模块。主要应用于开发FLASH互动控制类动漫、游戏、智能玩具、物联网智能家居以及工业自动控制人机界面应用软件等领域。
背景技术
Adobe FLASH是美国Adobe公司推出的一款强大而高效的矢量动画制作软件，由于其简单、易用及其强大的ActionScript脚本编程而深受许多动漫和游戏开发者青睐。它不但提供了许多矢量制作工具，还能够导入外部的声音、图像等多媒体素材，制作精美的动画，更重要的是Flash动画的跨平台特点，使得基于Windows系统上开发的Flash，不需要任何修改就在其它Linux、Android、iOs等系统的PC、平板电脑或者智能手机上使用。然而美中不足是FLASH提供的ActionScript脚本编程缺乏对除键盘以外的其它硬件控制的底层函数，难于控制外部设备和现场数据保存。而这些正是设计互动控制类动漫游戏和人机界面应用软件所需要的，因此制约了Adobe FLASH的应用范围。那么寻求跨越Flash与硬件控制之间的通讯桥梁成为必然。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TCP/IP网络协议，具备强大的软硬件扩展能力，可应用于不同操作系统平台的客户端(如：PC、平板电脑、智能手机)上，以FLASH为应用界面的互动控制类动漫、游戏、物联网、智能家居以及工业自动控制人机界面应用软件等领域的Flash-Server嵌入式网络服务器模块。
为了克服以上技术存在的不足，本发明采的技术方案为：Flash-Server嵌入式网络服务器模块，其特征在于：Flash客户端通过TCP/IP网络与 Flash-Server嵌入式网络服务器模块相连接，所述Flash-Server嵌入式网络服务器模块，
通过74HC595/74HC165串行总线级联74HC595和74HC165串行IC，控制8-256路的数字IO输入输出；
通过UART串行接口扩展单片机进行二次开发；
通过UART串行接口和RS232-485转换电路，在485总线上扩展工业PLC、变频器或其他具备485通讯接口的设备。
较佳地，所述Flash-Server嵌入式网络服务器模块由硬件和软件两部分相互结合的方式组成，其特征在于：
所述硬件由下列五个部分连接组成：
①TCP/IP通讯电路，用于实现TCP/IP网络连接Flash客户端的桥梁；
②32位ARM cortex-M3单片机，是Flash-Server嵌入式网络服务器模块的核心；
③32K FRAM(铁电存储器)，用于实现设置参数和PLC梯形图程序保存；
④Authentication(身份验证密钥)，用于对程序加密保护；
⑤GPIO接口电路，用于对外提供接口。
较佳地，所述软件由烧结于32位ARM cortex-M3单片机存储器中下列六个部分组成：
①Web Server，用于通过IE浏览器进行参数设置；
②UART Server，用于TCP/IP与RS232透明传输，可实现单片机、工业PLC、变频器等扩展和二次开发；
③Security Sandbox，用于针对Flash网络安全运行机制，确保Flash网络连接通讯；
④Modbus Server，提供Modbus ASCII文本通讯协议，通过Modbus协议读写服务器内部数据和扩展74HC595/74HC165芯片映射的输出、输入端口数据；
⑤PLC Server，使Flash-Server具备PLC编程功能，解释并执行存储在32KFRAM中的PLC梯形图程序；
⑥74HC595/74HC165IO Driver，用于74HC595/74HC165串行IO驱动。
较佳地，所述TCP/IP通讯电路内包含TCP/IP硬件协议栈，协议支持TCP、UDP、ARP、PPPOE、IPv4、以太网MAC；以太网PHY接口；32K内存。
本发明的有效效果：构建了Adobe FLASH矢量动画软件与外围硬件设备之间多方式通讯及跨平台应用框架，为FLASH动画软件和外围硬件设备架设了一个通讯桥梁，实现Flash动画技术与硬件电路之间的人机界面交互。
附图说明
图1为本发明的应用原理框架图；
图2为本发明内核结构原理图；
图3为本发明外部电路结构图；
图4为本发明中TCP/IP网络通讯电路图；
图5为本发明中32位ARM单片机核心电路图；
图6为本发明中32K FRAM存储电路图；
图7为本发明中身份验证密钥电路图；
图8为本发明中DIP接口电路图。
图示：1.Flash客户端，2.TCP/IP网络，3.Flash-Server嵌入式网络服务器模块，4.TCP/IP通讯电路，5.32K FRAM(铁电存储器)，6.GPIO接口电路，7.Authentication(身份验证密钥)，8.32位ARM cortex-M3单片机，9.Web Server(Web服务器)，10.UART Server(串口服务器)，11.Security Sandbox(安全沙箱)，12.Modbus Server(Modbus协议服务器)，13.PLC Server(PLC可程控制器服务器)，14.74HC595/74HC165IO Driver(74HC595/74HC165串行IO驱动)。
具体实施方式
为了详细说明本发明Flash-Server嵌入式网络服务器模块的技术内容、构造特征、以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
如图1所示：Flash客户端(包括：PC、平板电脑、手机)通过TCP/IP网络2与Flash-Server嵌入式网络服务器模块3相连接，所述Flash-Server嵌入式网络服务器模块3可以实现：1.通过74HC595/74HC165串行总线级联 74HC595和74HC165串行IC，控制8-256路的数字IO输入输出；2.通过UART串行接口扩展单片机进行二次开发；3.通过UART串行接口和RS232-485转换电路，在485总线上扩展工业PLC、变频器或者其它具备485通讯接口的设备。构建了Adobe FLASH矢量动画软件与外围硬件设备之间多方式通讯及跨平台应用框架。
如图2所示，本发明使用硬件和软件两部分相互结合的方式组成，所述硬件由TCP/IP通讯电路4、32位ARM cortex-M3单片机8、32K FRAM(铁电存储器)5、Authentication(身份验证密钥)7、GPIO接口电路6五大部分连接组成。
所述TCP/IP通讯电路4内包含：TCP/IP硬件协议栈，协议支持：TCP、UDP、ARP、PPPOE、IPv4、以太网MAC；以太网PHY接口；32K内存。
TCP/IP通讯电路4是实现TCP/IP网络连接的基础，2位ARM cortex-M3单片机8是服务器的核心，32K FRAM(铁电存储器)5可以实现设置参数和PLC梯形图程序保存，Authentication(身份验证密钥)7对程序加密保护，GPIO接口电路6对外提供接口。
所述软件部分由烧结于32位ARM cortex-M3单片机存储器中：Web Server(Web服务器)9、UART Server(串口服务器)10、Security Sandbox(安全沙箱)11、Modbus Server(Modbus协议服务器)12、PLC Server(PLC可程控制器服务器)13、74HC595/74HC165IO Driver(74HC595/74HC165串行IO驱动)14六大部分组成。Web服务器9用于通过IE浏览器进行参数设置；串口服务器10用于TCP/IP与RS232透明传输，可实现单片机、工业PLC、变频器等扩展和二次开发；安全沙箱11主要针对Flash网络安全运行机制，确保Flash网络连接通讯；Modbus协议服务器12提供符合国际标准的Modbus ASCII文本通讯协议，通过Modbus协议读写服务器内部数据和扩展74HC595/74HC165芯片映射的输出、输入端口数据；PLC服务器13使Flash-Server具备PLC编程功能，解释并执行存储在32K FRAM中的PLC梯形图程序；74HC595/74HC165串行IO驱动 14，用于74HC595/74HC165串行IO驱动。
如图3所示，Flash-Server嵌入式网络服务器模块硬件电路由五部分组成：①TCP/IP通讯电路；②32位ARM cortex-M3单片机核心电路；③32K FRAM存储电路；④身份验证密钥电路；⑤DIP接口电路。详细电路分别对应图4、图5、图6、图7、图8，下面详细介绍各部分电路的组成：
一、如图4所示：TCP/IP通讯电路是连接Flash客户端的桥梁，该电路由：IC2、T2、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、L2、L3、L4、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24电子元件组成。IC2采用韩国Wiznet提供的W5200芯片，W5200是硬件TCP/IP协议网络控制器，单芯片实现TCP/IP协议栈、10M/100M以太网MAC和PHY，以SPI通讯方式和单片机连接。T2是25Mhz晶振，T2、C21、C22、R13组成振荡电路，给IC2提供时钟信号，W5200内部需要3.3V(模拟系统、数字系统)和1.8V三种电源供电，外部3.3V经过由C15、L2、C12、C13、C14组成的3.3V模拟系统电源分别连接IC2的VCC3V3A(11脚、15脚、23脚)，外部3.3V经过由C15、L3、C16、C17组成的3.3V数字系统电源分别连接IC2的VCC3V3(27脚、47脚)，从IC214脚输出的1.8V电源经过C18、L4、C19、C20组成的频率补尝、去耦合电路连接IC2的VCC1V8(8脚、25脚)，IC2的数字地GND、模拟地GNDA全部连接电源GND。IC2的3、4、5脚由R8、R9、R10上拉为高电平，然后连接到DIP接口LED指示端口，分别用于网络运行模式、速度和TX/RX状态指示。29脚接R20电阻上拉为高电平，允许自动握手，30脚接R21电阻上拉为高电平，设置为双工通讯模式，31脚接R22电阻上拉为高电平，选择100M速度运行。45脚接R11电阻下拉为低电平，设置为普通运行模式。所有的RSV保留引脚(32-39脚)接R12下拉到低电平，7脚接R15上拉到高电平，3脚接R14上拉到高电平， 12脚接R16、R17组成的28.7K(精度1％)偏置电阻下拉到低电平。IC2与DIP接口连接的管脚除了用于LED指示的3、4、5脚外，还有17、18、20、21脚，17和18组成TXOP/TXON差分信号输出对，20和21组成RXIP/RXIN差分信号输入对，连接RJ45网络接口模块。IC2以SPI通讯方式与单片机连接，复位脚46接单片机IC1的PA4，IC2的SPI通讯口(40、41、42、43、44脚)分别接IC1的PC5、PC4、PA6、PA7组成的模拟SPI通讯口，这样单片机就可以实现网络通讯了。
二、如图5所示：32位ARM cortex-M3单片机核心电路是Flash-Server硬件电路的核心，该电路由IC1、T1、R1、R2、R3、R4、L1、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10电子元件构成。IC1使用32位ARM Cortex-M3内核的STM32单片机，晶振T1和C2、C3、R1组成单片机振荡电路，C1、R4组成低电平复位电路，IC1的28、60脚接R1、R2下拉为低电平，保证复位后程序从内部闪存存储器自举，外部3.3V电源经过L1、C4、C5组成的滤波电路给VDD-A供电，经C6去耦合给VDD-1供电，经C7去耦合给VDD-2供电，经C8、C9去耦合给VDD-3供电，经C10去耦合给VDD-4供电。IC1外部接口除了通过模拟SPI与IC2网络通讯连接外，其它GPIO直接连接DIP接口，以DIP2.54mm标准插针形式提供给用户扩展。
三、如图6所示：32K FRAM存储电路用于存储参数数据和PLC梯形图程序，该电路由IC3、R5、R6、R7、C11电子元件构成。IC3选择I2C协议的FRAM铁电存储器FM24C256，R5、R6、R7为WP、SCL、SDA的上拉电阻。数据存储器FM24C256的I2C数据线SCL、SDA连接单片机核心电路中IC1的9、8脚，FM24C256写保护信号WP连接MCU单片机核心电路中IC1的10脚。由单片机控制读写，避免电路干扰引起数据丢失。C11为去耦合旁路电容。
四、如图7所示：身份验证密钥电路用于加密保护程序，该电路由Q1、C25、R21、R22、R23组成。Q1选择美国ATMEL生产的单线通讯SHA-256Hash算法的身份验证芯片AT88SA102S，由R21、R22、R23组成的单线通讯接口连接单片机IC1的30脚，C25为去耦合电容。
五、如图8所示：DIP接口电路为用户提供Flash-Server应用的输入输出接口，该电路由JP1和JP2两个标准DIP排针组成，JP1为13脚单排针，JP2为26脚双排针，可以方便用户将Flash-Server嵌入自己的电路中。JP1的1脚和JP2的1脚接3.3V外部电源，JP2的2脚接地，JP1的2、3、4脚内部连接网络通讯电路IC2的3、4、5脚，外部供LED显示，JP1的4、5、6、7连接IC2的17、18、20、21，外部供RJ45网络接口模块。其它引脚全部连接单片机相应的GPIO，将单片机的UART串行通讯口和74HC595/74HC165驱动脚通过DIP插针引出。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.Flash-Server嵌入式网络服务器模块，其特征在于：Flash客户端(1)通过TCP/IP网络(2)与Flash-Server嵌入式网络服务器模块(3)相连，所述Flash-Server嵌入式网络服务器模块(3)通过74HC595/74HC165串行总线级联74HC595和74HC165串行IC，控制8-256路的数字IO输入输出；通过UART串行接口扩展单片机进行二次开发；通过UART串行接口和RS232-485转换电路，在485总线上扩展工业PLC、变频器或其他具备485通讯接口的设备。
2.根据权利要求1所述的Flash-Server嵌入式网络服务器模块，所述Flash-Server嵌入式网络服务器模块模块(3)由硬件和软件两部分相互结合的方式组成，其特征在于：
所述硬件由下列五个部分连接组成：
①TCP/IP通讯电路(4)，用于实现TCP/IP网络连接Flash客户端的桥梁；
②32位ARM cortex-M3单片机(8)，是Flash-Server嵌入式网络服务器模块的核心；
③32K FRAM(铁电存储器)(5)，用于实现设置参数和PLC梯形图程序保存；
④Authentication(身份验证密钥)(7)，用于对程序加密保护；
⑤GPIO接口电路(6)，用于对外提供接口。
3.根据权利要求2所述的Flash-Server嵌入式网络服务器模块，其特征在于：
所述软件由烧结于32位ARM cortex-M3单片机(8)存储器中下列六个部分组成：
①Web Server(Web服务器)(9)，用于通过IE浏览器进行参数设置；
②UART Server(串口服务器)(10)，用于TCP/IP与RS232透明传输，可实现单片机、工业PLC、变频器等扩展和二次开发；
③Security Sandbox(安全沙箱)(11)，用于针对Flash网络安全运行机制，确保Flash网络连接通讯；
④Modbus Server(Modbus协议服务器)(12)，提供Modbus ASCII文本通讯协议，通过Modbus协议读写服务器内部数据和扩展74HC595/74HC165芯片映射的输出、输入端口数据；
⑤PLC Server(PLC可程控制器服务器)(13)，使Flash-Server具备PLC编程功能，解释并执行存储在32K FRAM中的PLC梯形图程序；
⑥74HC595/74HC165IO Driver(74HC595/74HC165串行IO驱动)(14)，用于74HC595/74HC165串行IO驱动。
4.根据权利要求2所述的Flash-Server嵌入式网络服务器模块，其特征在于：所述TCP/IP通讯电路(4)内包含TCP/IP硬件协议栈，协议支持TCP、UDP、ARP、PPPOE、IPv4、以太网MAC；以太网PHY接口；32K内存。
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