嵌入式TCP/IP技術(shù)在恒溫振蕩器中的應(yīng)用

2 網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計
2.1 以太網(wǎng)硬件實現(xiàn)
　　本系統(tǒng)CPU采用飛利浦公司的LPC2368，它是以ARM7為內(nèi)核主頻達(dá)72 MHz的32位微處理器，內(nèi)部集成了一個以太網(wǎng)模塊，支持10 Mb/s或100 Mb/s PHY器件，帶有分散/集中式DMA的DMA管理器以及幀描述符數(shù)組，通過緩沖和預(yù)取來實現(xiàn)存儲器通信的優(yōu)化，并且發(fā)送和接收均支持多播幀、廣播幀和超長幀傳輸，允許幀長度為任意值。通過標(biāo)準(zhǔn)的媒體獨立接口(MII)或標(biāo)準(zhǔn)的簡化MII接口可連接外部PHY芯片，該特性是通過軟件來選擇，然后可對PHY寄存器進(jìn)行訪問。
　　網(wǎng)卡芯片DP83848是10 Mb/s/100 Mb/s單路物理層以太網(wǎng)收發(fā)器件，包含1個智能電源關(guān)閉，具有低功耗性能。在本系統(tǒng)中DP8384S工作在50 MHz晶振頻率下，具有能量檢測模式的特性，可為系統(tǒng)提供一個智能節(jié)能工作模式。它是一個鏈路可控制節(jié)能模式，目的是當(dāng)在線上檢測不到活動的時候，器件能夠進(jìn)入休眠的低功耗狀態(tài)，即狀態(tài)-能量檢測模式。能量檢測功能通過寄存器設(shè)定來控制，在電源狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的時候，電源上電/重置算法遵循其正常流程，而且能量檢測模式并不會影響之前設(shè)定的工作模式。在電源狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時，器件將會保留其原先的模式(強制模式或者自動協(xié)商、MDI或者M(jìn)DIX)。能量檢測算法能夠在不同的電源狀態(tài)之間自動或手動轉(zhuǎn)換，當(dāng)一個電源狀態(tài)的改變未成功或者發(fā)生太多誤差事件時，能量檢測邏輯能夠發(fā)出中斷信號。能量檢測邏輯在采取動作之前需要多倍數(shù)據(jù)和誤差事件來調(diào)節(jié)一些噪聲。計數(shù)器深度則由寄存器設(shè)置來確定，并默認(rèn)其為包含數(shù)據(jù)和誤差的一個事件。
　　最后與常用的以太網(wǎng)接口RJ45連接，該接口支持10 Mb/s和100 Mb/s自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度[3]。本系統(tǒng)設(shè)計的以太網(wǎng)硬件電路連接如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)通信協(xié)議和通信過程
2.2.1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀傳輸和接收
　　在以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳遞靠的是MAC地址，而不是IP地址，IP地址和MAC地址具有映射關(guān)系。1個以太網(wǎng)包包括：1個導(dǎo)言區(qū)(preamble)、1個起始幀定界符和1個以太網(wǎng)幀。以太網(wǎng)幀由目標(biāo)地址、源地址、1個可選的VLAN區(qū)、長度/類型區(qū)、有效載荷以及幀校驗序列組成，如圖3所示。每一個以太網(wǎng)幀均由1個或多個片段組成，每個片段對應(yīng)1個描述符。以太網(wǎng)模塊中的DMA管理器能夠?qū)?個以太網(wǎng)幀的多個片段進(jìn)行分散(用于接收)和集中(用于發(fā)送)[4]。

　　傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)包中7個字節(jié)的導(dǎo)言區(qū)用來使接收方的時鐘和發(fā)送方的時鐘同步，然后再由幀分界符來表述1個數(shù)據(jù)幀的起始，進(jìn)而進(jìn)入數(shù)據(jù)幀的傳輸通信過程，數(shù)據(jù)幀主要是通過目標(biāo)地址和源地址的位置建立通信。6個字節(jié)的目標(biāo)地址是指目的站點的MAC地址，表明要把數(shù)據(jù)送到哪個站點。若目標(biāo)地址第1位為0，則這個字段指定了一個特定的站點；若為1，則表示目標(biāo)地址為一組地址，而該地址是事先定義好的；若所有位全為1，則表示接收者為局域網(wǎng)上的所有站點，即該地址是一個廣播地址。6個字節(jié)的源地址是指源主機的MAC地址，表明該幀來自哪個主機。VLAN是一種將局域網(wǎng)(LAN)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組(單元)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，如果選用基于MAC地址的VLAN的方法就根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機都配置分組，它實現(xiàn)的機制就是每一塊網(wǎng)卡都對應(yīng)唯一的MAC地址，跟蹤屬于VLAN MAC的地址。在幀傳輸?shù)淖詈筮M(jìn)行幀校驗，使用4個字節(jié)的循環(huán)冗余效驗碼進(jìn)行錯誤檢驗。