嵌入式TCP/IP技術(shù)在恒溫振蕩器中的應用

2 網(wǎng)絡(luò )通信模塊設計
2.1 以太網(wǎng)硬件實(shí)現
　　本系統CPU采用飛利浦公司的LPC2368，它是以ARM7為內核主頻達72 MHz的32位微處理器，內部集成了一個(gè)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組，通過(guò)緩沖和預取來(lái)實(shí)現存儲器通信的優(yōu)化，并且發(fā)送和接收均支持多播幀、廣播幀和超長(cháng)幀傳輸，允許幀長(cháng)度為任意值。通過(guò)標準的媒體獨立接口(MII)或標準的簡(jiǎn)化MII接口可連接外部PHY芯片，該特性是通過(guò)軟件來(lái)選擇，然后可對PHY寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
　　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(gè)智能電源關(guān)閉，具有低功耗性能。在本系統中DP8384S工作在50 MHz晶振頻率下，具有能量檢測模式的特性，可為系統提供一個(gè)智能節能工作模式。它是一個(gè)鏈路可控制節能模式，目的是當在線(xiàn)上檢測不到活動(dòng)的時(shí)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(guò)寄存器設定來(lái)控制，在電源狀態(tài)發(fā)生轉換的時(shí)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(huì )影響之前設定的工作模式。在電源狀態(tài)發(fā)生轉換時(shí)，器件將會(huì )保留其原先的模式(強制模式或者自動(dòng)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(dòng)或手動(dòng)轉換，當一個(gè)電源狀態(tài)的改變未成功或者發(fā)生太多誤差事件時(shí)，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(dòng)作之前需要多倍數據和誤差事件來(lái)調節一些噪聲。計數器深度則由寄存器設置來(lái)確定，并默認其為包含數據和誤差的一個(gè)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自適應的網(wǎng)絡(luò )連接速度[3]。本系統設計的以太網(wǎng)硬件電路連接如圖2所示。

2.2 系統通信協(xié)議和通信過(guò)程
2.2.1 以太網(wǎng)數據幀傳輸和接收
　　在以太網(wǎng)中數據傳遞靠的是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(gè)以太網(wǎng)包包括：1個(gè)導言區(preamble)、1個(gè)起始幀定界符和1個(gè)以太網(wǎng)幀。以太網(wǎng)幀由目標地址、源地址、1個(gè)可選的VLAN區、長(cháng)度/類(lèi)型區、有效載荷以及幀校驗序列組成，如圖3所示。每一個(gè)以太網(wǎng)幀均由1個(gè)或多個(gè)片段組成，每個(gè)片段對應1個(gè)描述符。以太網(wǎng)模塊中的DMA管理器能夠將1個(gè)以太網(wǎng)幀的多個(gè)片段進(jìn)行分散(用于接收)和集中(用于發(fā)送)[4]。

　　傳輸的以太網(wǎng)包中7個(gè)字節的導言區用來(lái)使接收方的時(shí)鐘和發(fā)送方的時(shí)鐘同步，然后再由幀分界符來(lái)表述1個(gè)數據幀的起始，進(jìn)而進(jìn)入數據幀的傳輸通信過(guò)程，數據幀主要是通過(guò)目標地址和源地址的位置建立通信。6個(gè)字節的目標地址是指目的站點(diǎn)的MAC地址，表明要把數據送到哪個(gè)站點(diǎn)。若目標地址第1位為0，則這個(gè)字段指定了一個(gè)特定的站點(diǎn)；若為1，則表示目標地址為一組地址，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(diǎn)，即該地址是一個(gè)廣播地址。6個(gè)字節的源地址是指源主機的MAC地址，表明該幀來(lái)自哪個(gè)主機。VLAN是一種將局域網(wǎng)(LAN)設備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現虛擬工作組(單元)的數據交換技術(shù)，如果選用基于MAC地址的VLAN的方法就根據每個(gè)主機的MAC地址來(lái)劃分，即對每個(gè)MAC地址的主機都配置分組，它實(shí)現的機制就是每一塊網(wǎng)卡都對應唯一的MAC地址，跟蹤屬于VLAN MAC的地址。在幀傳輸的最后進(jìn)行幀校驗，使用4個(gè)字節的循環(huán)冗余效驗碼進(jìn)行錯誤檢驗。