ARM处理器的嵌入式新浪微博客户端设计

2021-06-08 09:46:53 互联网

引言

随着物联网技术的迅速发展，许多嵌入式系统具备了联网功能，为方便系统开发者集中监控和管理远程嵌入式系统，同时方便其他PC网上用户或智能手机App能够获取嵌入式系统数据，实现远程读数与控制[1?3]，本文提出了以STM32F103RC处理器为核心，结合WIZnet公司的W5500以太网接口芯片，利用新浪微博的二次开发接口[4]，设计了嵌入式新浪微博客户端，从而实现社交网络与嵌入式硬件系统的互动，可以把人与人的关系拓展到人与物的关系、物与物的关系。本系统结构如图1所示。

1 系统主要硬件介绍

1.1 STM32F103RC微控制器

STM32F103RC是基于CortexM3内核的32位ARM处理器芯片，其工作频率可达72 MHz；内置高速大容量存储器(512 KB Flash、64 KB RAM)；丰富的增强I/O端口和外设资源，包括2个12通道DMA控制器、5路USART、3路SPI以及12位的ADC、DAC、FSMC、SDIO、USB、CAN总线、I2C总线等；具有标准和先进的通信接口；提供可编程电压检测器(PVD)，保证整个系统的稳定工作，具备较强的抗干扰能力。STM32F103RC广泛应用于医疗、手持终端、智能仪器仪表、计算机测控等领域[5]。

1.2 W5500以太网控制器

W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，使用硬件逻辑门电路实现TCP/IP协议栈的传输层及网络层（包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE等协议），并集成了数据链路层、物理层，以及32 KB片上RAM作为数据收发缓存器。从而把网络数据流量的处理工作全部转移到W5500集成硬件中进行，使得嵌入式主控芯片MCU只需承担TCP/IP应用层控制信息的处理任务，从而大幅减少了上位机对于数据复制、协议处理和中断处理等方面的工作量，提升了系统利用率及可靠性。

在操作过程中，可以把W5500作为MCU的一个外设RAM来使用，操作简单方便。另外，W5500提供网络唤醒及省电模式供客户选用，从而降低系统功耗；还提供了SPI串行接口，能够很容易实现与外设MCU的整合，为嵌入式系统提供了简易的互联网接入方案。图2为W5500硬件系统结构[6]。

2 嵌入式微博客户端硬件评估板

图3为嵌入式微博客户端硬件评估板，其系统结构和主要电路原理图分别见图4～图6，该系统主要包括以下模块：

① USB电源、RS232通信模块；
② RESET复位模块，复位MCU；
③ AT24C16 EEPROM存储模块，存储系统参数等信息；
④ W5500模块，实现以太网接口功能；
⑤ STM32F103RC ARM处理器；
⑥ RJ45以太网硬件接口模块；
⑦ JTAG程序下载接口模块。

3 嵌入式微博客户端软件实现

3.1 ARM CPU软件开发环境构建

为了方便ARM Cortex系列CPU的开发，本文采用了IAR Embedded Workbench for ARM, 32K Kick start Edition，它是一个针对ARM 处理器的集成开发环境，包含编辑器、项目管理器、C/C++编译器和ARM 汇编器等。

3.2 W5500的配置与开发

W5500可以配置为TCP、UDP、IPRAW、PPPoE模式进行数据的发送或接收，在本文中只介绍TCP和新浪微博服务器的通信流程。由于W5500已经固化了TCP/IP协议栈，因此只需创建Socket接口即可实现网络通信，从而大幅简化了软件设计流程。W5500支持服务器和客户端模式，在本系统中，W5500扮演了客户端模式，其工作原理略——编者注。

3.3 嵌入式客户端代码

在STM32F103RC处理器中，嵌入式新浪微博客户端与微博服务器的数据通信C语言示例代码如下：

#include "w5500/socket.h"

#include "w5500/w5500.h"

#include

#include

#define SOCK_WEIBO5

//给新浪微博选一个Socket，可以选0~7

#define WEIBO_SERVER"61.109.255.136"//新浪微博服务器IP地址

#define HTTP_PATH "/wiznet/"//HTTP路径

#define WEIBO_ID"xxxx@xxxx.xxx"//新浪微博 ID，按实际的ID输入

#define WEIBO_PWD"123456"//新浪微博登录密码，按实际的密码输入

char tmp_buf[512]={0x00,};//定义临时缓冲区用于存储微博内容和HTTP头

unsigned char post_weibo(char* weibo){

unsigned char weibo_server_ip[4] = {61,109,255,136};//微博服务器IP地址

static unsigned int any_local_port = 1000;

//TCP Socket 本地端口号，0~65 535中任取

char post_data[385]={0x00,};

unsigned char ret=0;

unsigned int len=0;

if (socket(SOCK_WEIBO,Sn_MR_TCP,any_local_port++,0)!=1){//TCP socket初始化

printf("Socket initialization failed. ");

return 0;

}

else{

ret=connect(SOCK_WEIBO,weibo_server_ip,80); //连接到服务器, 默认TCP 端口为80

if(ret!=1){

printf("Connect Weibo server failed. ");

return 0;

}

else{

while(getSn_SR(SOCK_WEIBO)!=SOCK_ESTABLISHED);//等待TCP连接

printf("Connected with Weibo server. ");

sprintf(post_data,"id=%s&pw=%s&cmd=update&status=%s",(char*)WEIBO_ID,(char*)WEIBO_PWD,weibo);

sprintf(tmp_buf,"POST %s HTTP/1.1 Host: %s User?Agent: w5500 Content?Type: application/x?www?form?urlencoded;charset=gb2312 Content?Length: %d %s",(char*)HTTP_PATH,(char*)WEIBO_SERVER,strlen(post_data),post_data);

len=send(SOCK_WEIBO,(unsigned char*)tmp_buf,strlen(tmp_buf));

//把数据发送到新浪微博

while(1){

len=getSn_RX_RSR(SOCK_WEIBO);

if(len>0){

memset(tmp_buf,0x00,512);

len=recv(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, len);

//接收从微博服务器返回的结果

char* p=strstr(tmp_buf,(char*)" ")+4;

//获得没有http header 的http payload 的返回值

printf("%s ",p);

disconnect(SOCK_WEIBO);//与微博服务器断开

close(SOCK_WEIBO);//关闭socket

return 1; //成功后返回1

}
}
}
}
}

4 嵌入式微博客户端测试结果

在本系统测试案例中，STM32F103RC使用了SHT11数字温湿度传感器和BH1750光照度传感器对客厅的温湿度与光线亮度进行测量采集，并通过W5500把数据发送到新浪微博。

例如在2014年5月11日15:50，客厅的温度是25.5 ℃、湿度46%、光线亮度为431Lux，其测试结果略——编者注。

多次测试表明，以W5500为核心的嵌入式新浪微博客户端具有功耗低、实时性好、稳定可靠等特点。

结语

本文采用STM32F103RC处理器和以太网接口芯片W5500，同时结合新浪微博二次开发接口，设计了嵌入式新浪微博客户端，目的是实现微博社交网络与智能嵌入式系统的交流互动，虽然本文采用的社交网络是新浪微博，但是通过适当修改和拓展客户端ARM程序后，可以把本系统移植到拥有众多用户的微信平台上，从而进一步打造创新型智能硬件系统。