| 摘要：概述TINI的基本概念和工作原理,分析TINI的軟件環(huán)境;簡述基本一線制技術的溫度型iButton DS1920和小型氣象儀,給出利用TINI實現一線制網絡與Internet連接的應用實例。 關鍵詞：TINI 一線制網絡 氣象儀 iButton 網絡互連 許多器件（如照相機、自動售貨機、實驗設備等）都具有內置的外界進行通信的能力。這些設備通常有處理器,用來管理低層的可與其它電子設備進行通信的端口。而那些不具備與外界通信能力的器件要實現連網則必須借助于某些硬件的支持和實現手段。通過TINI可使本來不具備連網能力的器件有效地連入一線制網絡,進而被賦予與Internet連接的能力,從而滿足商業(yè)的和工業(yè)的嵌入式網絡應用的需求。
1 TINI的基本概念及原理 TINI（Tiny InterNet Interface）是基于一線制通信協(xié)議的設備,能夠各種不具備連網能力的硬件簡易、靈活、低成本地實現連網。TINI由軟、硬件兩部分構成,硬件部分提供有處理、控制以及設備級的通信和連網功能;而軟件部分則實現了Java的編程運行環(huán)境,為系統(tǒng)設計者和用戶提供了一系列Java應用編程接口。利用TINI可以方便地實現一線制網絡與信息網絡（如Internet/Interanet）的互連。 一線制網絡作為一種新型的網絡技術,采用的是主從結構,其中總線主控器具有總線控制、網絡管理等功能,而支持一線制網絡通信協(xié)議的一線制元器件可充當一線制網絡的節(jié)點。TINI作為一種特殊的一線制網絡主控器,除了具有一定主控器所具備的功能外,還具有異型網絡互連功能,能有效實現一線制網絡與Internet/Inteanet的連接。若對TINI設置IP地址后,可使之成為Internet/Intranet的一個網絡節(jié)點,供遠程用戶訪問。TINT可通過其一線制網絡接口,不斷收集一線制網絡上的實時信息,并提供給遠程Internet/Intranet用戶訪問。 圖1為TINI的一般硬件結構示意圖,主要包括CPU、Flash存儲器、SRAM、一線制網絡接口、信息網絡接口、RS-232C接口以及輔助電路等若干功能模塊。些TINI甚至還帶有CAN總線接口,直接支持與CAN總線網絡的連接。 CPU是TINI的核心,控制著其它的功能模塊。在此,采用由8051發(fā)展而來的A390處理器,其時鐘頻率可達40 MHz,指令系統(tǒng)為32位,數據指針為24位,并帶有2個串口和6個外部中斷輸入口。 Flash存儲器和SRAM的容量均為512KB（字節(jié)）,TINI將Flash存儲器的512KB空間分為8頁,每頁64KB。每0頁放置bootstrap loader引導程序。第1～6頁放置TINI OS操作系統(tǒng)和Java API包,其中TINI OS提供任務管理、文件系統(tǒng)管理、存儲器管理、I/O管理等功能,以有效協(xié)調多個應用程序并發(fā)運行;而Java API包為用戶應用程序的開發(fā)提供了支持和便利。第7頁留給用戶應用程序使用。 RS-232C串口是為PC機或其它串口設備保留的連接接口。 PC機可通過該接口初始化TINI以及下載有關應用程序到TINI上。各種串口設備也可通過該接口與TINI相連,進而實現與信息網絡的連接。 由于TINI OS支持FTP和Telnet等服務功能,使得遠程用戶可通過Internet向TINI發(fā)FTP或Telnet請求。TINI監(jiān)聽并接收到來自遠程用戶的FTP或Telnet連接請求后,可在兩者之間成功建立起FTP或Telnet連接,并允許遠程用戶通過執(zhí)行類UNIX命令（如增刪文件、創(chuàng)建文件目錄、查詢當前訪問者、設置IP地址及子網掩碼等）,實現對TINI進行操作。 2 TINI的軟件環(huán)境 TINI所需要的軟件環(huán)境主要包括如下幾部分：Flash存儲器中運行的實時操作系統(tǒng)RTOS、TCP/IP棧、Java虛擬機以及Java API包;FTP、Telnet、DHCP、DNS等高層網絡協(xié)議;JDK軟件開發(fā)工具;TINI SDK等。 TINI操作系統(tǒng)是一個非常小的嵌入式操作系統(tǒng),提供有文件管理、內存管理、I/O及任務調度等基本服務。與大多數小型嵌入式操作系統(tǒng)有所不同的是,TINI操作系統(tǒng)可在多任務間切換,能夠非常好地在多個Java字節(jié)碼解釋器正在執(zhí)行的事件間進行切換,因而可以并發(fā)運行多個Java應用程序。 TINI上的Java虛擬機與Sun公司的嵌入式Java平臺1.1版本的Java API包一致。TINI的Flash存儲器中裝載有java.lang、java.net、java.io、java.util和javax.comm等函數包。Javax.comm包是JDK所擴充的函數包,提供給TINI特殊的I/O能力。另外,在Flash存儲中還有com.dalsemi包,該函數包為進入TINI的命令內核Slush以及操作1-Wire總線、設置眾多系統(tǒng)參數等提供支持。若需再裝入其它的函數包,可以將它作為應用程序放在RAM空間內。 TINI SDK是進行TINI應用開發(fā)的軟件我,包括tini.jar、tiniclasses.jar、tini.db、tini.tbin和slush.tbin等。Tiniclasses.jar中封裝有所有的TINI API類,它們是實現TINI應用開發(fā)的基礎。Tini.jar中包括兩個重要的程序：JavaKit和TINIConvertor。其中JavaKit用于引導固件、執(zhí)行系統(tǒng)維護任務,而TINIConvertor則用于將應用程序中的類文件轉成TINI可執(zhí)行的二進制文件。Slush.tbin是TINI可執(zhí)行的Slush應用程序。在系統(tǒng)初始化即將結束時,該程序開始運行。Slush的一個線程創(chuàng)建服務器套接字（server socket）,用來偵聽和連接來自客戶端（client）的FTP和Telnet連接請求。當沒有與遠程客戶建立FTP和Telnet連接時,Slush占用很少的CPU資源;當建立起連接并成功登錄后,遠程用戶可以執(zhí)行類Unix風格的命令來操作文件系統(tǒng)、設置或獲取配置信息、啟動或停止其它的Java應用程序等。 3 基于TINI的網絡互連及應用 3.1 溫度型iButton DS1920 DS1920是一種溫度型iButton器件,支持一線制通信協(xié)議。該器件帶有接觸式溫度傳感器,可以數字形式串行輸出溫度測量值,改變了以往溫度傳感器需加A/D轉換器才能轉換為數字量的模式。其測量的溫度可從-50～+125℃,分辨率為0.5℃。其內部電路包括三部分：64位ROM、溫度傳感器和溫度報警觸發(fā)器。工作電源采用“寄生電源”方式供電。 3.2 基于一線制技術的小型氣象儀 圖2為支持一線制通信協(xié)議的小型氣象儀,上面為風速渦輪,下面是風向標,中間裝有溫度傳感器。溫度、風速、風向三個基本氣象參數可以方便地通過該氣象儀測得。若再裝上支持一線制協(xié)議的雨量傳感器、濕度傳感器,則可以獲取雨量、濕度等氣象參數信息。 3.3 通過TINI實現網絡互連的應用系統(tǒng) 通過TINI,可以方便地實現一線制網絡與Internet的連接,如圖3所示。一方面,若干DS1920和TINI通過雙絞線組建成一線制網絡。TINI在一線制網絡中處于主控地位,具網絡控制、網絡管理等功能;DS1920處于從設備的地位,主要負責采集所在地的實時溫度信息,并送到TINI中。另一方面,TINI通過其所帶的信息網絡接口,與上層的Internet相連。DS1920采集到的溫度信息可以通過TINI送到Internet上。TINI在此過程中溝通兩個網絡的“橋梁”作用。若在TINI上運行Web服務程序,不斷收集一線制網絡上的實時溫度信息供遠程用戶訪問,該TINI則成為Internet上的一個Web服務器。若分布于各地的TINI將所檢測到的實時溫度信息送入Internet上的某個大型數據庫系統(tǒng)中,則構成一基于Internet的分布式實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
若采用一線制氣象儀取代DS1920,那么所構成的應用系統(tǒng),除了能夠檢測溫度信息外,還可以檢測氣象儀所在地的風速、風向等信息,從而成為一基于Internet的分布式實時氣象信息監(jiān)測系統(tǒng)。一線制氣象儀等一線制設備,除了作為一線制網絡的節(jié)點與TINI連接外,還可以作為單獨器件直接與TINI相連,并向Internet上發(fā)布有關信息。 根據Web服務器需要從DS1920或一線制氣象站獲取有關信息并通過其向網上發(fā)布的應用要求,軟件設計應考慮兩方面的功能需求：其一,以主控器的身份對DS1920或一線制氣象站進行尋址并獲取有關信息;其二,為遠程客戶提供Web服務。整修程序采用JDK結合TINI SDK來進行應用編程。 |
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