基于單片機的試驗站遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡接口

　　以太網(wǎng)控制器的外圍布線還包括RJ45接口以及LED指示燈的連接，其具體的連接原理圖如圖2所示。

　　圖2 以太網(wǎng)芯片RTL8019AS外圍電路原理圖

　?、?單片機與RTL8019AS的連接

　　本設計中采用跳線方式，將65腳JP接高電平當系統(tǒng)上電復位后，在RSTDRV下降沿，8019AS將讀入各個跳線引腳的狀態(tài)，寫入系統(tǒng)配置寄存器中，作為系統(tǒng)默認的初始配置。

　　各跳線引腳連接：RQS0～IRQS2(78～80腳)為中斷口，本設計中采用查詢方式，所以中斷口選擇沒有影響；IOS0～IOS3(81、82、84、85腳)為I/O基地址選擇，用于選擇I/O口的起始地址，要使其全部置低電平，則起始地址從300H開始，地址總線連接必須與此相一致；PL0、PL1(74、77腳)為網(wǎng)絡介質(zhì)類型選擇，本系統(tǒng)中設為“00”，表示進行連接檢測；BS0～BS4(67、69、71、72腳)用于BROM容量與基地址選擇，本系統(tǒng)中沒有連接BROM，只要將BS4、BS3設為低電平，就可禁止BROM。

　　由上所述可知，各跳線引腳全部配置為低電平即可。芯片引腳內(nèi)部接有100kΩ的下拉電阻，所以當引腳懸空時，本身就默認為低電平，因而也可將這些引腳懸空，在相關電路設計和軟件設計中應注意要與這些跳線引腳配置相一致。

　　數(shù)據(jù)與地址總線連接：采用8位數(shù)據(jù)總線，將96腳IOCS16B接27kΩ下拉電阻即可使8019AS工作于8位數(shù)據(jù)總線方式。系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與SD0～SD7連接。8019AS內(nèi)部寄存器和存儲器的讀寫地址為00H～1FH，只需要5根地址線就能進行選擇。但在系統(tǒng)跳線配置中已將起始地址設為300H，因而在地址選通時，還必須令地址線SA8、SA9為“1”。

　　其他還包括對晶振的連接，以及電源和地的連接。

　　2 TCP/IP協(xié)議棧的總體設計

　　該網(wǎng)絡的最終目的是實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點上任意兩點之間的數(shù)據(jù)通信，但是設計一個對所有可能的通信模式均是有效的、完整的、全面的協(xié)議是不可能實現(xiàn)的，于是將通信問題劃分成小塊，并為每個小塊設計單獨的協(xié)議，這樣使得每種協(xié)議變得容易設計、分析、執(zhí)行和測試。一方面，每種協(xié)議應該處理其他協(xié)議沒有處理的通信問題，以免重復工作。另一方面，設計的協(xié)議應該能夠共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息，以提高執(zhí)行效率。當然最重要的是各個協(xié)議之間能夠很好的協(xié)同工作，不能將每種協(xié)議設計成孤立的協(xié)議，這就需要將他們設計成一個相互支持、相互補充的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每種協(xié)議解決一部分通信問題，而所有的協(xié)議便能解決所有可能的網(wǎng)絡通信問題。

　　本系統(tǒng)網(wǎng)絡接口采用以太網(wǎng)接口，所以協(xié)議棧遵循TCP/IP模型來設計?？紤]到系統(tǒng)的程序空間極為有限，所以設計時對標準協(xié)議棧進行了簡化，通過選擇合適的協(xié)議，可以降低對處理器硬件資源的需求。例如，由于對可靠性要求較高，可以只選擇使用TCP協(xié)議，而不使用不可靠的UDP協(xié)議。另外，對于己經(jīng)選擇使用的協(xié)議，在具體實現(xiàn)時也進行了適當?shù)暮喕?，保留其中必須具備的部分，以?jié)約程序空間和執(zhí)行時間。同時保證系統(tǒng)的可靠性與安全性，遵循分層設計思想和模塊化設計方法，各協(xié)議由對應的模塊實現(xiàn)，模塊對外提供接口函數(shù)供主程序調(diào)用，精簡的TCP/IP協(xié)議棧如圖3所示。

　　圖3 TCP/IP協(xié)議棧

　　網(wǎng)絡接口層是TCP/IP模型的最底層，由RTL8019AS的驅(qū)動程序來完成基本功能。RTL8019AS的驅(qū)動程序負責將單片機傳輸?shù)絀nternet上的數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送，以及將網(wǎng)絡上傳來的數(shù)據(jù)包進行分析使其進入上一層的協(xié)議處理程序。

　　網(wǎng)絡層的功能則由ARP(地址解析協(xié)議)、IP(網(wǎng)際協(xié)議)和ICMP(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)協(xié)議共同完成。ARP協(xié)議能夠判斷數(shù)據(jù)幀中的目的地址是否與本地IP地址相同，如果相同則接收數(shù)據(jù)幀，否則將數(shù)據(jù)幀拋棄。而IP是TCP/IP協(xié)議棧最為核心的協(xié)議，所有的網(wǎng)絡層和運輸層的數(shù)據(jù)都是以IP數(shù)據(jù)報格式傳輸。ICMP允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。

　　圖4 數(shù)據(jù)的封裝過程

　　系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過在每個協(xié)議層添加頭部信息，最后封裝成為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，在物理網(wǎng)絡上進行傳輸，數(shù)據(jù)的封裝過程如圖4所示。

　　結(jié)論

　　對于工業(yè)控制領域，嵌入式Internet設備將測控網(wǎng)與Internet互連，由此實現(xiàn)測控網(wǎng)和信息網(wǎng)的統(tǒng)一。在這樣構(gòu)成的網(wǎng)絡中，傳統(tǒng)儀器設備充當著網(wǎng)絡中獨立節(jié)點的角色，信息可跨越網(wǎng)絡傳輸至所及的任何領域，實時、動態(tài)(包括遠程)的在線測控成為現(xiàn)實。