單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化

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

　　當(dāng)單片機(jī)主處理器處理網(wǎng)卡收到的ARP廣播請(qǐng)求時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)是請(qǐng)求“192.168.0.176”的MAC地址，于是按要求打一個(gè)ARP應(yīng)答包，將自己的MAC地址放到應(yīng)答包中，發(fā)送回網(wǎng)絡(luò)就完成了PING的第一步。注意，要在應(yīng)答包尾加18byte的補(bǔ)丁，否則應(yīng)答包長(zhǎng)度不滿(mǎn)足最小60byte的要求。

　　第二步，實(shí)現(xiàn)ICMP協(xié)議。ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制消息協(xié)議）的縮寫(xiě)。用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息?？刂葡⑹侵妇W(wǎng)絡(luò)通不通、主機(jī)是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)，但是對(duì)于用戶(hù)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(jié)構(gòu)如表5：

　　網(wǎng)絡(luò)主機(jī)在收到ARP的應(yīng)答包后，取出其中的MAC地址，然后向該MAC發(fā)出ICMP請(qǐng)求。主處理器處理該請(qǐng)求時(shí)，將請(qǐng)求包的標(biāo)識(shí)和序列號(hào)對(duì)應(yīng)填入ICMP應(yīng)答包，其它部分按要求填寫(xiě)。校驗(yàn)和的計(jì)算有成熟的公式，容易計(jì)算，只要先把校驗(yàn)和部分置0,將包頭的計(jì)算結(jié)果再填入校驗(yàn)和就可以了。

　　最后將該ICMP應(yīng)答包送入網(wǎng)絡(luò)，這樣就完成了PING的全過(guò)程。此時(shí)，發(fā)出PING命令的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)就會(huì)得到“Replyfrom192.168.0.176:bytes=32time10msTTL=128”的信息。

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

　　網(wǎng)絡(luò)層之上，有兩種傳輸層協(xié)議：TCP（Trans2missionControlProtocol）和UDP（UserDatagramProtocol）。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸要求高的場(chǎng)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(fù)雜。而對(duì)于一些實(shí)時(shí)信號(hào)及其反向控制信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)UDP協(xié)議就可以滿(mǎn)足要求了。表6是UDP協(xié)議結(jié)構(gòu)：

　　當(dāng)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(bào)文，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)端監(jiān)控主機(jī)接收并處理該UDP報(bào)文，然后將控制信息同樣以UDP報(bào)文發(fā)出。主處理器把網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)返回給串口。這樣，我們?cè)贗nternet中就可以方便地完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)串口數(shù)據(jù)源的監(jiān)視和控制過(guò)程。

　　5　結(jié)語(yǔ)

　　因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)對(duì)于各種電器設(shè)備有良好的接入和控制能力，所以，我們實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接入功能后，就在電器的硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間建起了一道橋梁。通過(guò)它，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種實(shí)時(shí)信號(hào)、儀器儀表、家用設(shè)施等目標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)視，在宏觀上對(duì)各種設(shè)備統(tǒng)一管理，實(shí)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(jī)控制網(wǎng)卡，接入以太網(wǎng)Ethernet,即IEEE802.3協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)串口儀器的網(wǎng)絡(luò)化。

　　1　硬件結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)

　　1.1　總體設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ATMEL公司8位通用微控制器AT89C51作為主處理器，驅(qū)動(dòng)REALTEK公司的10M以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS,實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和外部網(wǎng)絡(luò)互連。

　　1.2　網(wǎng)卡接線(xiàn)設(shè)計(jì)

　　RTL8019AS為100管腳PQFP封裝，工作電壓5V。其接線(xiàn)原理圖如圖1所示。地址SA0-4接到單片機(jī)P2的低五位上；SA8和SA9接電源；其余SA5-7,SA10-19這13個(gè)管腳全部接地；IORB和IOWB分別接單片機(jī)的讀寫(xiě)信號(hào)端；RSTDRV接到P1.2上；8位數(shù)據(jù)SD0-7按順序接到單片機(jī)P0.020.7腳；TPOUT+和PTOUT-是發(fā)送管腳對(duì)，連接到RJ45口的發(fā)送腳1和2;而TPIN+和TPIN-則是接收管腳對(duì)，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(fù)責(zé)定義基地址位置的，全部懸空，作為0輸入。

　　LED0默認(rèn)表示通信沖突COL,LED1表示接收數(shù)據(jù)包。發(fā)送對(duì)和接收對(duì)不能直接接到RJ45插頭上，要通過(guò)隔離電壓模塊（選用20F-01）和RJ45相連。網(wǎng)卡有16bit數(shù)據(jù)線(xiàn)，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(jī)P3.0/RXD0和P3.0/RXD0通過(guò)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(shí)的波特率計(jì)算公式為：

　　串口在9600波特率時(shí)，晶振選用11.0592M,預(yù)設(shè)值算得0xFD,smod=0;晶振選用16MHz,預(yù)設(shè)值為0xF7,smod=1。

　　2　網(wǎng)卡的初始化和工作過(guò)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(guò)讀寫(xiě)芯片上的32個(gè)字節(jié)的控制寄存器組實(shí)現(xiàn)的。另外該芯片含有16kbyte的RAM,地址為0x400020x7fff。這些RAM不能通過(guò)單片機(jī)直接尋址，必須通過(guò)32個(gè)字節(jié)的控制寄存器組，以DMA方式讀寫(xiě)它們。

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

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