MicroWebServer

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Einleitung

Der MicroWebServer ist ein kleiner Webserver auf Basis eines ENC28J60 von Microchip und eines ATMega168 von Atmel.

Der MicroWebServer wurde mit dem Hintergedanken entwickelt, eine möglichst kleine Entwicklungsplattform für einen ENC28J60-Treiber zu schaffen, die auch danach noch sinnvoll eingesetzt werden kann. Dafür wurden diverse Pins des ATMega168 auf eine Pfostenleiste gelegt, sodass man eine Grundplatine erhält, die um eine externe Platine mit beispielsweise Relais erweitert werden kann. Die Möglichkeiten an dieser Stelle sind sehr vielfältig.

Hardware

Platine

Wie man sieht, ist das Layout also sehr allgemein gehalten, sodass es möglich ist die Platine vielseitig zu verwenden. Trotzdem ist das Layout durch die Verwendung von SMD Bauteilen und geringen Isolate-Werten zur Massefläche kompakt geworden. Die Gesamtfläche der Platine beträgt 38x31mm². Die Platine kann einzeln oder in einem Bausatz von dem IT-WNS Shop bezogen werden. Alternativ lassen sich die Bauteile aber auch von CSD-Electronics beziehen. Die Platine muss dann aber selbst hergestellt werden.

Spannungsregler

Auf der Platine befindet sich auch ein 3,3V Spannungsregler (LM1117). Bei einem durchschnittlichem Gestamtstromverbrauch von etwa 150mA und bei etwa 1,1V Dropout Spannung, die bei diesem Strom entsteht, habe ich die maximale Eingangsspannung auf 7V und die optimale Eingangsspannung auf 5V festgelegt. Die minimale Eingangsspannung wäre in diesem Falle etwa 4,4V.

Ethernet-Buchse

Der IT-WNS Shop liefert mehrere verschiedene Versionen des Bausatzes aus, da es zeitweilig Probleme mit der Beschaffung der vorgesehenen Ethernet-Buchse gab. Da diese neue Buchse unter anderem auch ein anderes Pinout hat, sind mehrere Versionen der MicroWebServer-Platine im Umlauf. Desweiteren ist die Belegung der Leuchtdioden an selbigem nicht immer gleich, sodass man entweder unterschiedliche Farben für die Sende-/Empfangsaktivität bzw. Ethernet Link hat, oder das Initialisierungswort des ENC28J60 so anpasst, dass die Funktion der Leuchtdioden getauscht wird. (Siehe FAQ)

Die verwendete(n) Ethernet-Buchse(n) hat/haben einen Ethernet-Übertrager integriert, was das Layout um einiges verkleinert hat. Dieser Übertrager ist nötig um das Potential des MicroWebServers von dem Potential auf den Netzwerkleitungen zu trennen. (Galvanische Trennung). In der ersten Version des MicroWebServers war dies die "Magjack SI-60024-F" Buchse. In den neueren Versionen wird entweder die "Halo FastJack™ HFJ11-2450E-L12RL" oder die "ERNI Modular Jack M3D01-203199" Buchse verwendet.

Pfostenleiste

Der MicroWebServer bietet eine 20-polige Pfostenleiste um die 14 darauf gelegten Ein-/Ausgänge sauber mit externer Peripherie zu verbinden. An diesem 20-poligen Steckverbinder befinden sich neben 2xGND, 2xEingangsspannung und 2x3,3V, wie gesagt, die 14 Pins des ATMega168. Alle dieser 14 Pins können als normale Ein- oder Ausgänge geschaltet werden. Manche dieser Pins besitzen aber auch Spezialfunktionen, wie zum Beispiel ein integriertes I²C Modul (Keine Pull-Ups auf der Platine vorhanden!), 6 analoge Eingänge die auf den internen 10-Bit AD-Konverter gehen (Kondensator an AREF ist auf dem Layout vorgesehen. Typisch: 100nF. Als Referenz können die 3,3V aus dem Spannungsregler, sowie 1,1V intern gewählt werden.), sowie diverse Output-Compare Einheiten um Signalformen für beispielsweise PWM zu erzeugen. Jeder der 14 Pins ist zudem noch fähig einen Pin-Change-Interrupt auszulösen.

Software

Netzwerk-Stack

Als Netzwerk Stack kommt der uip-Stack von Adam Dunkels zur Verwendung. Er implementiert die Netzwerkfähigkeiten der höherliegenden Schichten (insgesamt IP, ARP (Echo), ICMP, UDP, TCP).

Stack-Applikation

Zur Demonstration ist dem Downloadpaket eine klassische Webserver-Anwendung beigelegt. Diese Applikation liegt in der obersten Schicht des OSI Modells und somit über dem uip-Stack. Die Anwendung implementiert einen einfachen Webserver, der über einen Browser abgefragt werden kann (GET) und über diesen auch Daten wieder empfangen kann(POST). Mit der Beispielapplikation können die 14 herausgeführten Pins an der 20-poligen Pfostenleiste auf Ein- oder Ausgang geschaltet werden, sowie in ihrem Pegel (HIGH +5V, LOW 0V) verändert werden.

Zusammenbau

Was wird benötigt

• Lötkolben (SMD tauglich)
• Fortgeschrittene Löterfahrung (0805-SMD, TQFP44)
• Atmel AVR Programmiergerät mit 6poligem Stecker und Kompatibilität für 3,3V Zielspannung
• Spannungsquelle 5V - 7V DC mit mindestens 150mA

Inbetriebnahme

1. Sources herunterladen (Downloads)
2. Am Netzwerk anschließen
3. Spannungsquelle an die 2-polige Stiftleiste anschließen (Polung beachten!)
4. Programmiergerät an 6-poliger Programmierschnittstelle anschließen
5. Optional: Programm modifizieren und neu kompilieren (siehe #Konfiguration)
6. HEX-Datei in den Mikrocontroller flashen
7. Fuses des AVR modifizieren (LFuse: E0h, HFuse: DDh)
   1. Taktquelle auf Ext. Clock stellen (Startup Time 65ms)
   2. Brown Out Detector auf 2,7V einstellen

Nach dem Programmiervorgang wird der Mikrocontroller automatisch gestartet und beginnt den ENC28J60 zu initialisieren und seine eigene Taktquelle auf 12,5MHz einzustellen. Ab jetzt sollte die grüne Leuchtdiode an der Netzwerkbuchse dauerhaft leuchten und bei Empfangsaktivität erlischen. Die andere (rote/gelbe) Leuchtdiode leuchtet bei Sendeaktivität.

Nachdem an die 2 polige Stiftleiste eine Spannung von etwa 5V - 7V DC angelegt wurde und ein Netzwerkkabel eingesteckt wurde, sollte sich etwas an den Leuchtdioden der Netzwerkbuchse tun. eine grüne Leuchtdiode an der Ethernet-Buchse leuchten. Dies bedeutet, dass ein Ethernet Link hergestellt ist. Auf der grünen Leuchtdiode wird außerdem die Empfangsaktivität des Ethernet-Chips, durch ein kurzes Erlischen der Leuchtdiode dargestellt. Die andersfarbige Leuchtdiode an der Buchse leuchtet bei Sendeaktivität.

Sofern die Konfiguration in Schritt 5 nicht verändert wurde, sollte der Server unter der IP-Addresse 192.168.0.55 erreichbar sein. Für einen schnellen Funktionstest kann also das Kommandozeilen-Tool "ping" benutzt werden.

ping 192.168.0.55

Konfiguration

Standardkonfiguration:

• MAC-Adresse: 00:03:6F:55:1C:C2
• IP-Adresse: 192.168.0.93
• Netzmaske: 255.255.255.0
• Gateway: 192.168.0.254
• Weberver-Port: 8080

Die Konfiguration der MAC-Adresse kann in Hardware/Enc28j60.h angepasst werden. IP-Adresse, Netzmaske und Gateway lassen sich in Main.c anpassen und der Webserver-Port kann in Net/TcpApps/HttpD.h angepasst werden. Nach dem Anpassen muss das Projekt neu kompiliert werden. Hierfür muss eine AVR-GCC Installation (zB WinAVR für Windows) vorhanden sein.