UPS（uninterruptible power supply）直译为不间断电源系统。作为网络系统中的保护设备，它主要起到两个作用：（1）为电脑系统提供备用电源，目的是防止电网供电突然断电造成对重要文件数据损害；（2）消除电网供电上的“污染”（包括浪涌、波动、脉冲、噪声等），使电脑中的电子部件免受摧毁性损坏。而如何确保UPS系统的正常运作就成为一门新的课题。监测UPS中的电池状况，UPS机房的环境温度，UPS系统的负载情况，都将成为确保UPS系统正常工作不可或缺的一部分。

    当前是一个构筑在网络基础之上的信息化时代。未来的社会必然是一个以IP网络和IP业务为主的信息化社会。通过Internet实现对远程设备进行实时的监控是一个非常有前景的想法。这也就是嵌入式Internet技术的产生背景。嵌入式Internet技术是以Internet技术和嵌入式技术的发展为基础的。该技术的出现使得各种家用设备的上网成为可能。如果嵌入式设备提供WWW，则用户就可以通过Internet远程监测各种设备。

    结合实际需要，如何利用Internet方便的实现对不同的UPS机房进行统一监测和管理将成为大型UPS系统的基本要求。

    一、概述

    本文提出的基于嵌入式web服务器的UPS监测系统有两部分组成（见图１）：测量网和嵌入式web服务器。其中测量网完成对UPS机房的监测并将测量结果传送到嵌入式web服务器上；嵌入式web服务器获取测量结果并且完成web服务器功能，使得用户可以远程访问测量结果。下面分别介绍这两部分。

图1 系统结构

    二、测量网

    图2可见，测量网主要由集成测量仪和温湿度模块组成，组网方式采用通用的RS-485总线方式。每个嵌入式web服务器可以通过RS-485和多台集成测量仪相连，最多可以挂接32个集成测量仪；而每台集成测量仪又可以通过RS-485总线和温湿度模块相连，同样最多可以挂接32个温湿度模块。

图2 测量网组成原理图

    集成测量仪主要完成以下几个功能：（1）测量UPS电池组电压和充放电电流；（2）测量配电柜三相电压和电流；（3）同嵌入式web服务器进行通信；（4）同温湿度模块进行通信。其中UPS电池组测量和配电柜测量是设计方案中的难点和重点。

    考虑到UPS电池组和配电柜的测量比例需要能过灵活搭配且相互之间不影响，故特设计通用的总线将UPS电池组测量和配电柜测量模块化，制成通用的UPS电池组测量卡和配电柜监测卡。集成测量仪的设计分为：总线板、控制板、UPS电池组测量卡和配电柜监测卡。

    控制板完成与嵌入式web服务器和温湿度模块的通信，以及测量各个板卡所传递的信号；而UPS电池组测量卡和配电柜监测卡将带测量的信号转换成芯片可测量的电信号；总线板则控制待测信号进入控制板进行测量（其中电源模块设计在总线板上）。

    温湿度模块用于将测量点的温湿度参数通过RS-485传给集成测量仪。

    通过以上的设计，使用者可以根据具体情况，灵活搭配电池组、配电柜和温湿度的测量比例，从而满足不同UPS机房的需求。

    三、嵌入式web服务器

    硬件实现：

图3 嵌入式web服务器硬件结构框图

    嵌入式web服务器主要芯片有CYGNAL公司的C8051F020芯片、RTL8019AS以太网控制芯片、IS62LV1024L静态存储器、AT45081B FLASH和MAX485。

    C8051F020芯片是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。其时钟频率可达25MHz，最大25MIPS，片内具有4kB的SRAM和64kB的Flash，22个中断源、串行外设总线接口SPI、两个增强型UART、五个16位定时器、可编程技术器/定时器阵列、看门狗定时器以及电源监视器等内嵌外设。完全可以满足本系统的需要。

    RTL8019AS是台湾Realtek公司制造的全双工10Mbps以太网控制芯片。该芯片符合ETHERNET 2与IEEE802.3标准，内置16KB的SRAM、双DMA通道和FIFO，支持8/16位数据总线和基地址选择。在本系统中RTL8019AS工作在8位模式下，其中一套DMA用于和C8051F020通信，称为远端DMA，另一套DMA用于内部使用，成为本地DMA。微控制器C8051F020通过访问RTL8019AS上的读写指针以判断是否有以太网数据到达IS62LV1024L和AT45081B为存储芯片主要是增加系统的存储容量；MAX485用于和测量系统通信。C8051F020通过MAX485将测量系统的结果存储到本机，通过RTL8019AS将回应来自internet的访问。

    TCP/IP协议的简化：

    结合工业测量的需求，嵌入式web服务器中的TCP/IP协议的一般都是根据具体情况进行简化。从而能够最大限度的节约硬件的硬件和软件资源。

    TCP/IP一般采用简化的四层模型：应用层、传输层、网络层和链路层。

    应用层主要完成一个对话过程即负责对数据进行解释，如HTTP FTP TELNET等协议，在本系统中结合自身需要我们只处理HTTP协议。

    传输层是负责提供端到端的通信即通过明确定义数据通道和特性传输数据，例如定义网络端口，该层协议由传输控制协议TCP（提供可靠的数据传输）和用户数据报协议UDP（提供不可靠的数据传输）组成。

    应用层协议HTTP使用TCP传输控制协议，故本系统只实现TCP协议。

    网络层负责处理从发送方到目的地址的路由信息，同时为建立网络互联提供ARP地址解析协议（用于实现物理地址和IP地址的映像）和ICMP因特网控制报文协议（传递差错报文以及其他需要注意的信息）。
链路层负责为不同的网络链路提供通明的数据传输，在本系统中该层由RTL8019硬件来实现。

图4 精简TCP/IP协议栈主要函数

    上图为本系统实现TCP/IP为每一层设计的主要函数。其中，HTTP_SERVER（）为HTTP服务程序，该程序接收由传输层接收的数据，并根据接收的数据决定是否做出响应；HTTP_SEND（）将HTML文件发送到TCP层；TCP_SEND（）和TCP_RCEV（）分别为发送和接收TCP数据；ICMP_RCVE（）和PING_SEND（）用来响应因特网控制报文协议；ARP_RESLOVE（）、ARP_RCV（）E和ARP_SEND（）用来实现IP地址和物理地址的映像和对ARP的响应；IP_SEND（）和IP_RCVE（）用来发送和接收IP数据报；ETH_RCVE（）、ETH_SEND（）、RCVE_FRAME（）和SEND_FRAME（）用于实现驱动RTL8019AS接收和发送数据。

    软件实现：

    本软件一方面要实现web服务器的功能，其中包括对IP地址的设置和TCP/IP以及HTTP协议的实现；另一方面要通过RS-485总线从测量网接收测量数据，并更新到html文件中，使得用户可以得到当前的测量数据。图5为嵌入式web服务器软件设计流程。

图5 嵌入式web服务器软件设计流程

    系统首先进行初始化配置，然后使用CHECK_8019函数查看RTL8019AS的状态。然后根据系统状态确定，调用那些函数进行处理。系统首先判断是否有以太网数据到达，如果是则进行数据进栈处理。如果不是有以太网数据到达，则判断是否TCP传送超时（即是否收到TCP_ACK），如果超时则启动网页重传。如果TCP没有超时则判断是否已有的TCP连接是否已无数据传输。如果是则关闭该连接。如果该连接空闲占用并未超时，则判断是否ARP传送超时。超时则重传ARP，否则判断是否ARP缓存已经过时。如果是，则清除该缓存，否则判断是否到时间刷新测量数据。并在所有处理之后返回CHECK_8019函数。

    其中“数据进栈处理”的流程如图6所示，首先通过ETH_RCVE（）和RCVE_FRAME（）对数据进行处理，判断是ARP_PACKET还是IP_PACKET，如果是ARP数据则依次经过ARP_RCVE（）、ARP_RESLOVE（）、和ARP_SEND（）进行ARP响应。

    如果是IP数据则送往IP_RCVE（），并判断是TCP_PACKET还是ICMP_PACKET，如果是TCP_PACKET则送TCP_RCVE（）。TCP_RCVE（）根据接收的数据建立连接并将数据送往HTTP_SERVER（）。如果是ICMP_PACKET则送PING_SEND。HTTP_SERVER（）响应接收到的数据并依次调用发送函数，将网页发送到请求方。

图6 数据进栈处理流程图

    “读取测量数据”模块完成以下工作：通过RS-485总线分别从不同的集成测量仪上将测量数据取回，并且将网页刷新。故用户能够访问到当前最新测量数据。

    四、结束语

    通过该系统，用户可以通过internet网远程对UPS机房进行监控，并且能够根据自身系统的需求灵活进行系统配置以满足不同用户的需求，也可以以此为基础开发大型的UPS系统管理软件。

    参考文献

    [1] W.Richard stevens，范建华，胥光辉，张涛等译　TCP/IP详解　卷1　机械工业出版社；

    [2] Bentham Jeremy，陈向群译，嵌入式系统web服务器 机械工业出版社；

    [3] 陈学泉、关宇东 嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用[J]，电子技术应用，2002（8）：48-49；

    [4] 黄天戌 刘洋 一种嵌入式web服务器的设计与实现 计算机应用 2004（11）

    [5] Http://www.embedded.com

    [6] Http://www.xhl.com.cn