嵌入式系統接入網(wǎng)及其網(wǎng)絡(luò )接口技術(shù)研究

如果與嵌入式系統的通信只是局限于局域網(wǎng)之中，在物理幀的數據域內可以直接放置要發(fā)送的數據。如果需要和其他的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，在物理幀的數據域中需要封裝更高層的協(xié)議，嵌入式系統發(fā)送的數據應該封裝在高層協(xié)議的數據域內。這些數據的層層封裝和物理幀的形成對于速度沒(méi)有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以實(shí)現。

　　3．2 發(fā)送數據的發(fā)送

　　以10M以太網(wǎng)為例說(shuō)明，發(fā)送數據時(shí)應該做的工作是，首先對待發(fā)送的數據進(jìn)行曼徹斯特編碼，而后對編碼后的數據進(jìn)行扭曲處理，使發(fā)送的數據適合在 10M以太網(wǎng)上傳輸，最后把處理好的數據以10M的速度發(fā)送到以太網(wǎng)上。同時(shí)，為了保證數據的有效發(fā)送，系統還應具有沖突檢測和重發(fā)的功能。

　　從以上的發(fā)送過(guò)程可以看出，直接用普通的微控制器是很困難的，應該考慮用其他的方法實(shí)現。

4 一種嵌入式網(wǎng)絡(luò )接口的實(shí)現方案

　　基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò )體系結構實(shí)現的核心問(wèn)題是如何實(shí)現嵌入式網(wǎng)絡(luò )接口。在眾多實(shí)現方案中,以ＭＣＵ為核心的實(shí)現方案,雖然實(shí)現起來(lái)有一定困難,仍因其極低的成本,受到格外重視。在此實(shí)現了一種網(wǎng)絡(luò )接口芯片與ＭＣＵ相結合的方案,如圖5所示。

RTL8019AS與硬件實(shí)現以太網(wǎng)接口芯片中,選用RTL8019AS。由臺灣Ｒｅａｌｔｅｋ公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器,由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格,使其在市場(chǎng)上的10Ｍｂｐｓ網(wǎng)卡中占有相當的比例。使用8051/52兼容單片機實(shí)現對RTL8019AS的控制,電路圖如圖6所示。

　RTL8019AS采用8位數據傳輸的跳線(xiàn)模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高電平)。Ｐ0口通過(guò)地址鎖存器實(shí)現地址數據復用。Ｐ3.4片選RTL8019AS。數據收發(fā)不使用中斷驅動(dòng),全部由軟件查詢(xún)實(shí)現?；刂愤x擇引腳ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址為300Ｈ。使用雙絞線(xiàn)為通信介質(zhì),所使用的引腳有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,連入耦合隔離變壓器ＦＢ2022,通過(guò)ＲＪ 45插頭實(shí)現與網(wǎng)絡(luò )的連接。

　　通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議簇,而不單單是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空間里,不可能實(shí)現所有的ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議?？紤]到嵌入式應用中硬件系統的多樣性,完成特定功能的應用程序也各不相同,因而軟件的設計在保證滿(mǎn)足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是應用程序與網(wǎng)絡(luò )協(xié)議軟件應具備一定的獨立性。因此,選擇ＴＣＰ/ＩＰ作為嵌入式網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)議,同時(shí)必須對ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇根據實(shí)際需要進(jìn)行必要的刪減,即實(shí)現一個(gè)ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的層次結構與標準的ＴＣＰ/ＩＰ的一樣,也是四層結構(圖7)。以太網(wǎng)接口層主要實(shí)現對以太網(wǎng)接口芯片的控制,ＩＰ層根據實(shí)際需要選擇實(shí)現ＡＲＰ(地址解析協(xié)議)、ＲＡＲＰ(反向地址解析協(xié)議)、ＩＣＭＰ(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)以及ＩＧＭＰ(網(wǎng)絡(luò )組管理協(xié)議)。傳輸層主要由ＴＣＰ(傳輸控制協(xié)議)和ＵＤＰ(用戶(hù)數據報協(xié)議)組成,在實(shí)際實(shí)現時(shí),根據需要可只實(shí)現其中一個(gè)。ＣＩＰ(控制信息協(xié)議)是專(zhuān)為控制設備、基于對象的一種方法,它是獨立于特定網(wǎng)絡(luò )的應用層協(xié)議,提供了訪(fǎng)問(wèn)數據和控制設備操作的服務(wù)集。ＣＩＰ的制定需要根據具體應用加以考慮,與通常協(xié)議的格式相似,也為“命令+數據”模式。

5 結束語(yǔ)

　　在信息技術(shù)廣泛使用的今天,采用基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò )體系結構,實(shí)現的嵌入式設備互連,是打破嵌入式設備聯(lián)網(wǎng)技術(shù)停滯僵局的一種較好選擇,可廣泛應用于各種嵌入式設備的聯(lián)網(wǎng)中。盡管在實(shí)現中遇到了許多困難,但這種廉價(jià)高速、使用廣泛的網(wǎng)絡(luò )必將極大地推動(dòng)嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )化進(jìn)程。我國正處于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的初級階段,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ正在以前所未有的速度向前發(fā)展,如果將初級階段稱(chēng)作ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＰｅｒｓｏｎａｌ時(shí)代,那么未來(lái)的時(shí)代將是ＰｅｒｓｏｎａｌｔｏＤｅｖｉｃｅ,ＤｅｖｉｃｅｔｏＤｅｖｉｃｅ時(shí)代,隨著(zhù)該時(shí)代的到來(lái),智能將下移到設備,大量的嵌入式設備將連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )相互通信,自動(dòng)操作,而無(wú)需人的干預?？梢韵胂?隨著(zhù)儀表、控制器、執行器、家電等嵌入式設備連到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上,網(wǎng)上設備將是現在的數百倍、數千倍。與此同時(shí),隨著(zhù)制造工藝的進(jìn)步,智能控制芯片和智能傳感器的成本越來(lái)越低,功能卻越來(lái)越強大,這使嵌入式微控制器與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ連接的費用降低到了完全可以接受的程度.嵌入式Internet,適應了Internet發(fā)展的趨勢，可以預言，嵌入式設備與Internet的結合代表著(zhù)嵌入式系統和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的真正未來(lái)。

　　6 本文作者創(chuàng )新點(diǎn)

　　本文以嵌入式系統的接入網(wǎng)技術(shù)為重點(diǎn)，在分析嵌入式系統網(wǎng)絡(luò )連接的結構體系和協(xié)議層次基礎上，提出一種新型基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò )體系結構，并通過(guò)對其網(wǎng)絡(luò )接口的實(shí)現的實(shí)例，對網(wǎng)絡(luò )接口技術(shù)也做了詳細分析。