TCP/IP協(xié)議單片機在網(wǎng)絡(luò )通信中的數據傳輸技術(shù)

介紹了嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機在網(wǎng)絡(luò )通信中的數據傳輸技術(shù)。將TCP/IP協(xié)議嵌入式單片機中,借助網(wǎng)卡芯片CS8900實(shí)現了單片機在局域網(wǎng)內和通過(guò)局域網(wǎng)在因特網(wǎng)上的數據傳輸。用戶(hù)終端以單片機系統板為媒介,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與遠程數據終端實(shí)現數據通信。

關(guān)鍵詞：TCP/IP協(xié)議 單片機 因特網(wǎng) 局域網(wǎng) 網(wǎng)卡芯片

在因特網(wǎng)上,TCP/IP協(xié)議每時(shí)每刻保證了數據的準確傳輸。在數據采集領(lǐng)域,如何利用TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行數據傳輸成為一個(gè)炙手可熱的話(huà)題。在本系統中,筆者利用TCP/IP協(xié)議中的UDP（用戶(hù)數據報協(xié)議）、IP（網(wǎng)絡(luò )報文協(xié)議）、ARP（地址解析協(xié)議）及簡(jiǎn)單的應用層協(xié)議成功地實(shí)現了單片機的網(wǎng)絡(luò )互連,既提高了數據傳輸的速度,又保證了數據傳輸的正確性,同時(shí)也擴展了數據傳輸的有效半徑。

1 TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介

TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統互連起來(lái)的協(xié)議組,保證因特網(wǎng)上數據的準確快速傳輸。參考開(kāi)放系統互連（OSI）模型,TCP/IP通常采用一種簡(jiǎn)化的四層模型,分別為：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò )層、鏈路層。

（1）應用層

網(wǎng)絡(luò )應用層要有一個(gè)定義清晰的會(huì )話(huà)過(guò)程,如通常所說(shuō)的Http、Ftp、Telnet等。在本系統中,單片機系統傳遞來(lái)自Ethernet和數據終端的數據,應用層只對大的數據報作打包拆報處理。

（2）傳輸層

傳輸層讓網(wǎng)絡(luò )程序通過(guò)明確定義的通道及某些特性獲取數據,如定義網(wǎng)絡(luò )連接的端口號等,實(shí)現該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶(hù)數據協(xié)議UDP。在本系統中使用UDP數據報協(xié)議。

（3）網(wǎng)絡(luò )層

網(wǎng)絡(luò )層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡(luò )上的任一主機上,IP協(xié)議就是該層中傳送數據的機制。同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò )間的互連,應提供ARP地址解析協(xié)議,實(shí)現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。

（4）鏈路層

由控制同一物理網(wǎng)絡(luò )上的不同機器間數據傳送的底層協(xié)議組成,實(shí)現這一層協(xié)議的協(xié)議并屬于TCP/IP協(xié)議組。在本系統中這部分功能由單片機控制網(wǎng)卡芯片CS8900實(shí)現。

2 硬件框圖

如圖1所示,系統提供RJ45接口連接Ethernet網(wǎng)絡(luò ),并且提供一個(gè)串口給用戶(hù)使用。系統板可以將從Ethernet上過(guò)來(lái)的IP數據報解包后送給串口,也可將從串口過(guò)來(lái)的數據封裝為IP包送到局域網(wǎng)中。外部RAM使用61C1024（128KB）,從而為數據處理提供了很大的緩存;使用E2PROM——X25045,既可以作為看門(mén)狗使用,也可以將IP地址、網(wǎng)卡物理地址和其他參數保存在里面。

CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的一種局域網(wǎng)處理芯片,它的封裝是100-pin TQFP,內部集成了在片RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器,并且提供8位和16位兩種接口,本文只介紹它的8位模式。

NE103是一種脈沖變壓器,在CS8900的前端對網(wǎng)絡(luò )信號進(jìn)行脈沖波形變換。

3 工作原理

3.1 CS8900的工作原理

CS8900與單片機按照8位方式連接,網(wǎng)卡芯片復位后默認工作方式為I/O連接,基址是300H,下面對它的幾個(gè)主要工作寄存器進(jìn)行介紹（寄存器后括號內的數字為寄存器地址相對基址300H的偏移量）。