TINI的硬件结构和软件环境

    摘要：概述新型网络互连设备——TINI的基本概念，介绍TINI硬件结构的基本组成、地址空间及I/O，并分析TINI应用的软件开发环境和软件运行环境。

    关键词：TINI 网络互连 RTOS

TINI（Tiny InterNet Interface）是一种基本一线制协议的网络互连设备。它不仅可将不具备外界通信能力的器件连入一线制网络，而且通过TINI还可实现与信息网络的连接，从而满足商业或工业的嵌入式网络应用的需求。

具有网络互连功能的TINI，一般可支持如下领域的应用：

①工业控制领域。集成有（CAN）Controller Area Network接口的TINI，实际上就是一个工业用仪器，用它可操作工厂的自动化设备以及网络化开关等设备。

②基于Web方式的设备监控。TINI可以直接与支持一线制协议的设备进行通信，并为这些设备进行远程诊断以及实现对远程设备的数据采集。

③协议转换。TINI可使一线制设备方便地接入Ethernet。尽管依靠某些一线制设备的I/O能力，PC机或工作站也可以使其与Ethernet网连接。但是，无论从连接成本还是设备尺寸考虑，TINI都是一个理想的选择。

一般而言，TINI的应用程序接口主要是面向度设备及网络的，而大多数嵌入式网络应用也是面向控制的，并以输入输出为中心。因此无需内建的硬件和API软件对人机接口提供支持。基于TINI的系统通常通过应用HTTP的网络服务器，提供远程的显示功能，也允许用户使用Web浏览器等客户端软件与TINI打交道。

TINI除了具有网络互连功能外，还可以应用于传统的孤立环境中，如监视、控制一个本的设备或系统。通过TINI的RS-232C串口、CAN总线接口或并口，本地设备或系统可以与外部世界实现通信。在TINI上运行的Java应用程序，担负着与相关设备在一定的协议支持下进行通信的任务，并通过TCP/IP网络，将通信结果传给远程系统。

1 TINI的硬件结构

TINI硬件部分提供有处理、控制以及设备级的通信和连网功能，包括微控制器、Flash ROM、SRAM、一线制网络接口、Ethernet接口、串行接口、CAN总线接口以及辅助电路等若干功能模块。如图1所示。

1.1 基本组成

微控制器、Flash ROM和SRAM是TINI的三大基本组成部分。

微控制器是TINI的核心，直接执行运行环境的Native Code。当前的微控制器是DS80C390，支持多种I/O形式，如串口I/O、一线制I/O以及CAN总线I/O；同时它还提供数个具有特功能的引脚，用于执行简单的控制任务，如驱动发光二极管等。该处理器的时钟频率达40MHz，具有32位的指令系统和24位的数据指针。其主要特性如下：

*与8051指令系统兼容；

*4个8位I/O口；

*3个16位定时/计数器；

*256字节scratchpad RAM；

*4KB SRAM；

*3倍于8051的运行速度；

*具有2个CAN2.0B控制器；

*具有2个全双工串口；

*寻址空间达4MB。

Flash ROM存储了TINI的运行环境。当系统断电时，数据不会丢失，并且数据可以重写，以便于TINI运行环境的升级与更新。目前所选用的FlashROM型号为AMD公司的AM29F040B，容量512KB，采用0.32μM制造，至少可重写数据1 000 000次以上。

静态RAM包括系统数据区及Java的运行空间，存储所有的文件系统数据。当系统掉电时，文件系统数据是否保留取决于静态RAM是否提供有备份电池。目前，所选用的SRAM是韩国HYUNDAI的产品，容量为512KB，可扩展到2MB。

1.2 地址空间及I/O

TINI的存储器、外围设备与微控制器统一编址。2种典型的外围设备是Ethernet控制器和时钟。微控制器的地址空间到达4MB，分代码段、数据段和外围设备段3部分地址空间。代码段和数据段的地址空间被存储芯片所占用，而外围设备段的地址空间则被Ethernet控制器和时钟等外设所占用。

TINT的地址空间如图2所示，其中代码段的最大空间为1MB，从0x000000开始编址；数据段的最大空间2MB，从0x100000开始编址；外围设备段的最大空间为1MB，从0x300000开始编址。若物理器件没有完全占用微控制器的约定空间，则各段的起始地址仍保持不变。如Flash ROM的容量仅为512KB，则代码段实际占用512KB，但是，数据段的起始地址仍为0x100000。

TINI的微控制器可支持如下几种低层次的通信协议：

*串行通信协议；

*CAN网络协议；

*一线制网络协议；

*TTL I/O。

2 TINI的软件环境

TINI的软件环境包括软件开发环境和软件运行环境2个方面。

2.1 TINI的软件开发环境

软件开发环境包括Java开发环境、Java通信API以及TINI软件开发包3个方面。进行TINI的应用开发，可采用JDK1.1.8以上版本实现，这可从SUN公司的网络上免费获得。Javax.comm包是JDK所扩充的函数包，提供给TINI一些特殊的I/O能力。为使开发工作顺序开展，需将Java串口API包javax.comm的有关文件拷到如下目录中：

.dll

.comm.properties

.jar

利用TINI SDK，可以方便地进行TINI的应用开发，它包括有tini.jar、tiniclasses.jar、tini.db、timi.tbin和slush.tbin等几部分。Tiniclasses.jar中封装有所有的TINI API类，它们是实现TINI应用开发的基础。Tini.jar中包括2个重要的工具：JavaKit和TINIConvertor。其中JavaKit用于引导固件、执行系统维护任务、设备端口号和通信速率、执行类Unix命令进行相应操作；TINIConvertor用于将应用程序中的类文件转换成TINI可执行的二进制文件。

2.2 TINI的软件运行环境

TINI的软件运行环境包括运行环境软件与实时操作系统RTOS两部分，如图3所示。运行环境软件包括由微处理器直接执行的Native Code，以及由JVM（Java Virtual Machine）解释运行的API；而实时操作系统RTOS，主要负责管理所有的系统资源、调度线程和进程的执行以及实现与外界通信。

Native Method层介于JVM和RTOS之间，是JVM和PTOS联系的桥梁。应用程序通过Native Method层来访问网络协议栈以及非网络设备的驱动程序，同时Native Method层还提供有配置和访问系统资源的方法。Native Method与JVM的接口称为Native Interface Layer。它构成了JVM所执行的Java Code和Native Method的边界。

TINI的JVM，虽然所占用的内存不足40KB，但是它却能够支持绝大部分JVM的功能，如对线程的完全支持、对所有基本类型的支持以及对Strings的支持等。唯一的不足是没有具备引导动态库的功能。TINI所使用的Java API函数，由2部分组成：一部分是JDK的Java.lang、Java.io、Java.net、Java.util包内的大部分函数；另一部分是TINI专用的com.dalsemi包。目前，JDK中Java.lang.math等函数暂时还无法被TINI所接受，有望在不久的将来被TINI所支持。

TINI操作系统处于运行环境的最底层，负责管理所有的系统资源。它主要由进程线程调度器、内存管理子系统和I/O管理子系统3部分组成，分别负责多个进程线程执行的调度安排、存储空间的管理以及实现内外部硬件的通信。TINI的应用程序可以访问所有的系统资源，可以实现底层的功能，包括操作系统所能实现的功能，这对于嵌入式系统是非常重要的。