單片機實現(xiàn)串口協(xié)議的網(wǎng)絡化

　　第一步，實現(xiàn)ARP協(xié)議。ARP協(xié)議是AddressResolutionProtocol（地址解析協(xié)議）的縮寫，它的作用是將IP地址轉換成物理地址（就是常說的MAC地址）。協(xié)議ARP的分組格式如表4:

　　當單片機主處理器處理網(wǎng)卡收到的ARP廣播請求時，如果發(fā)現(xiàn)是請求“192.168.0.176”的MAC地址，于是按要求打一個ARP應答包，將自己的MAC地址放到應答包中，發(fā)送回網(wǎng)絡就完成了PING的第一步。注意，要在應答包尾加18byte的補丁，否則應答包長度不滿足最小60byte的要求。

　　第二步，實現(xiàn)ICMP協(xié)議。ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制消息協(xié)議）的縮寫。用于在IP主機、路由器之間傳遞控制消息。控制消息是指網(wǎng)絡通不通、主機是否可達、路由是否可用等網(wǎng)絡本身的消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù)，但是對于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用。

　　ICMP是封裝在IP協(xié)議中，所以有IP包頭。

　　ICMP協(xié)議結構如表5：

　　網(wǎng)絡主機在收到ARP的應答包后，取出其中的MAC地址，然后向該MAC發(fā)出ICMP請求。主處理器處理該請求時，將請求包的標識和序列號對應填入ICMP應答包，其它部分按要求填寫。校驗和的計算有成熟的公式，容易計算，只要先把校驗和部分置0,將包頭的計算結果再填入校驗和就可以了。

　　最后將該ICMP應答包送入網(wǎng)絡，這樣就完成了PING的全過程。此時，發(fā)出PING命令的網(wǎng)絡主機就會得到“Replyfrom192.168.0.176:bytes=32time10msTTL=128”的信息。

　　4　串行數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換的討論

　　網(wǎng)絡層之上，有兩種傳輸層協(xié)議：TCP（Trans2missionControlProtocol）和UDP（UserDatagramProtocol）。對于數(shù)據(jù)傳輸要求高的場合，需要使用TCP協(xié)議作為雙方通信方式，但此種方式較為復雜。而對于一些實時信號及其反向控制信號的傳遞，實現(xiàn)UDP協(xié)議就可以滿足要求了。表6是UDP協(xié)議結構：

　　當原始數(shù)據(jù)從串口送到到主處理器后，主處理器將其打包成UDP報文，發(fā)送到網(wǎng)絡中。網(wǎng)絡端監(jiān)控主機接收并處理該UDP報文，然后將控制信息同樣以UDP報文發(fā)出。主處理器把網(wǎng)絡控制信號返回給串口。這樣，我們在Internet中就可以方便地完成對現(xiàn)場串口數(shù)據(jù)源的監(jiān)視和控制過程。

　　5　結語

　　因為單片機對于各種電器設備有良好的接入和控制能力，所以，我們實現(xiàn)了單片機的網(wǎng)絡接入功能后，就在電器的硬件設備和網(wǎng)絡之間建起了一道橋梁。通過它，可以實現(xiàn)對各種實時信號、儀器儀表、家用設施等目標的遠程監(jiān)視，在宏觀上對各種設備統(tǒng)一管理，實現(xiàn)人與系統(tǒng)的和諧的交互。這必將大大提高工作效率，改善工作環(huán)境，提升人們的生產(chǎn)、生活水平。

　本文深入研究了使用單片機控制網(wǎng)卡，接入以太網(wǎng)Ethernet,即IEEE802.3協(xié)議網(wǎng)絡，實現(xiàn)串口儀器的網(wǎng)絡化。

　　1　硬件結構和電路設計

　　1.1　總體設計

　　整個系統(tǒng)設計采用ATMEL公司8位通用微控制器AT89C51作為主處理器，驅動REALTEK公司的10M以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS,實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和外部網(wǎng)絡互連。

　　1.2　網(wǎng)卡接線設計

　　RTL8019AS為100管腳PQFP封裝，工作電壓5V。其接線原理圖如圖1所示。地址SA0-4接到單片機P2的低五位上；SA8和SA9接電源；其余SA5-7,SA10-19這13個管腳全部接地；IORB和IOWB分別接單片機的讀寫信號端；RSTDRV接到P1.2上；8位數(shù)據(jù)SD0-7按順序接到單片機P0.020.7腳；TPOUT+和PTOUT-是發(fā)送管腳對，連接到RJ45口的發(fā)送腳1和2;而TPIN+和TPIN-則是接收管腳對，連接到RJ45口的接收腳3和6;管腳X1和X2之間接20M的晶振及接地電容；LED0和LED1分別串接發(fā)光二極管和1k8電阻，連到5V電源上；IOCS16B管腳串接27k8電阻接地；管腳BD0-3（IOS0-3）是負責定義基地址位置的，全部懸空，作為0輸入。

　　LED0默認表示通信沖突COL,LED1表示接收數(shù)據(jù)包。發(fā)送對和接收對不能直接接到RJ45插頭上，要通過隔離電壓模塊（選用20F-01）和RJ45相連。網(wǎng)卡有16bit數(shù)據(jù)線，可以使用16bit或8bit模式傳送數(shù)據(jù)，使IOCS16B管腳為低，我們選中的是8bit模式。

　　1.3　串行接口部分

　　1串口部分采用MAX232和9針串口。單片機P3.0/RXD0和P3.0/RXD0通過MAX232芯片分別接到串口的2針和3針上。串口5針接地。

　　串行口選擇工作方式1,這時的波特率計算公式為：

　　串口在9600波特率時，晶振選用11.0592M,預設值算得0xFD,smod=0;晶振選用16MHz,預設值為0xF7,smod=1。

　　2　網(wǎng)卡的初始化和工作過程

　　2.1　網(wǎng)卡芯片RTL8019AS的控制方法

　　控制網(wǎng)卡芯片RTL8019AS是通過讀寫芯片上的32個字節(jié)的控制寄存器組實現(xiàn)的。另外該芯片含有16kbyte的RAM,地址為0x400020x7fff。這些RAM不能通過單片機直接尋址，必須通過32個字節(jié)的控制寄存器組，以DMA方式讀寫它們。

　　32個字節(jié)的控制寄存器組可以由單片機直接尋址，但其基地址是通過管腳BD0-3（IOS0-3）配置的。電路中將四個管腳全部懸空，全0輸入，產(chǎn)品資料說明其基地址為300H。

　　這32個字節(jié)的控制寄存器組分成4頁，00H寄存器稱為CommandRegister（CR），CR的最高兩位代表目前寄存器處于哪一頁。01H到0FH在不同的頁有不同的意義，同時，即使同一頁，讀和寫代表的意義也可能不同，這一點很值得注意。10H217H是遠程DMA端口，而18H-1FH是網(wǎng)卡復位端口。