基于A(yíng)Tmega64的遠程控制系統的研究

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，各種家電設備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數據采集與控制設備在逐步地走向網(wǎng)絡(luò )化，以實(shí)現分布式遠程監控、信息交換與共享。目 前廣泛使用的以太網(wǎng)以及TCP/IP 協(xié)議已經(jīng)成為最常用的網(wǎng)絡(luò )標準之一，其高速、可靠、分層以及可擴充性使其在各個(gè)領(lǐng)域的應用越來(lái)越靈活，很多情況下采用以太網(wǎng)和TCP/IP，能夠簡(jiǎn)化結構 和降低成本。

目前大多數智能設備和儀表都是采用RS232/485 或USB通訊方式，不具備遠程控制和數據傳輸能力。 利用以太網(wǎng)實(shí)現工業(yè)系統遠程控制， 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)共享小型嵌入式設備的信息，是工業(yè)控制研究的發(fā)展趨勢。本系統采用高速單片機ATmega64及RTL8019AS 以太網(wǎng)控制器，用嵌入式TCP/IP 協(xié)議可以實(shí)現TCP和UDP等網(wǎng)絡(luò )功能,進(jìn)一步實(shí)現HTTP協(xié)議服務(wù),實(shí)現Web Sever 及接入Internet 的功能。

1 系統硬件設計

系統的結構框圖如圖1所示， ATmega64是基于增強的AVR RISC 結構的低功耗8位CMOS微控制器。內帶64KB的Flash、2KB的E2PROM、4KB的SRAM。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執行時(shí) 間，ATmega64 的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以滿(mǎn)足系統在功耗和處理速度方面的要求。

RTL8019AS 是一種高度集成的10MB以太網(wǎng)控制器，與NE2000兼容, 支持8位、16位數據總線(xiàn);內置16KB SRAM緩存;可連接同軸電纜和雙絞線(xiàn),并可自動(dòng)檢測所連接的介質(zhì)。以太網(wǎng)隔離濾波器選用20F00IN。

RTL8019AS 與主處理器的接口方式有三種:跳線(xiàn)方式、PNP(即插即用)方式和免跳線(xiàn)方式。RTL8019AS 的第65 腳JP 決定網(wǎng)卡的工作方式，本設計中JP腳接高電平(VCC),即使用跳線(xiàn)方式，此時(shí)可以省掉外部E2PROM 93C46芯片。單片機通過(guò)I/O 模式訪(fǎng)問(wèn)以太網(wǎng)控制器。RTL8019AS 必須工作在8位模式下，其引腳IOCS16B經(jīng)電阻接地。電路框圖如圖2所示。

RTL8019AS本身具有地址譯碼功能，所有的控制功能或數據傳輸都是通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)地址偏移為00H～1FH的寄存器完成的，所以只需要5條地址 線(xiàn)(SA4～SA0)。在跳線(xiàn)方式下RTL8019AS的I/O 地址由引腳 IOS3～IOS0決定,將IOS3～IOS0對應引腳全部接低電平,這時(shí)RTL8019AS的I/O 基地址為300H，因此可以用SA8 和SA9進(jìn)行片選接至單片機的PC7。當PC7引腳置高電平時(shí)選中RTL8019AS ，當PC7引腳置低電平時(shí)選中外部RAM，而將片選信號AEN接地，這種片選方式可以節省一個(gè)反向器。AUI 用來(lái)檢測在A(yíng)UI接口外部MAU 的使用情況。當該引腳未用時(shí)，應該接地。

介質(zhì)的選擇由引腳PL1和PL0決定，RTL8019AS 還具有自動(dòng)測試介質(zhì)連接是否成功的功能。無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)電纜是目前使用最為普遍的電信介質(zhì)類(lèi)型。為了更方便地將嵌入式以太網(wǎng)模塊接入到局域網(wǎng)中， 本設計采用RTL8019AS 與雙絞線(xiàn)連接的接口電路，即將PL0、PL1 接地。

2 以太網(wǎng)控制器的工作過(guò)程

以太網(wǎng)控制器的 RAM 以 256 字節為一頁(yè)，是按頁(yè)存儲的結構，16位RAM地址的高 8位又叫頁(yè)碼。以太網(wǎng)控制器的16KB RAM的地址從0x4000～0x7FFF，即從頁(yè)0x40 到頁(yè)0x7F，共有64 頁(yè)用來(lái)接收和發(fā)送數據包。這64頁(yè)RAM是一塊雙端口RAM。所謂雙端口就是說(shuō)有兩套總線(xiàn)連接到該RAM，總線(xiàn)A 用于以太網(wǎng)控制器讀/寫(xiě)片上RAM，總線(xiàn)B 用于單片機讀/寫(xiě)以太網(wǎng)控制器上的 RAM?？偩€(xiàn)A又叫Local DMA，總線(xiàn)B 又叫 Remote DMA。

2.1 數據包的發(fā)送過(guò)程

(1) 封裝數據包：數據包在發(fā)送前，單片機將其按如圖3所示的以太網(wǎng)幀格式封裝好,并存放在外部SRAM。

(2)通過(guò)遠程DMA將數據包寫(xiě)入到 RLT8019AS 的數據發(fā)送緩沖區， 數據的目的緩沖區首地址和字節數由內部寄存器RSCR0、1設定。

(3) 通過(guò)RTL8019AS的本地DMA將數據送入FIFO 緩沖器進(jìn)行發(fā)送。

2.2 數據包的接收過(guò)程

(1)本地 DMA 將需要接收的數據包存入到接收緩沖環(huán)中。

(2)由遠程 DMA 將接收緩沖環(huán)中的數據包寫(xiě)入到外部 SRAM 中。

如果以太網(wǎng)控制器運行正常，接收到數據包時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)本地 DMA 將數據存入接收緩沖環(huán)中，也就是說(shuō)第一步是由 RTL8019AS 自動(dòng)完成的。但是，接收緩沖環(huán)的范圍需要設置，PSTART、PSTOP 分別用于設置接收緩沖環(huán)的起始頁(yè)和發(fā)送頁(yè)，設置了接收緩沖環(huán)之后，接收到的第一個(gè)數據包放置的位置由當前頁(yè)面寄存器CURR 決定。