基于單片機的試驗站遠程監控系統網(wǎng)絡(luò )接口

　　以太網(wǎng)控制器的外圍布線(xiàn)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(xiàn)方式，將65腳JP接高電平當系統上電復位后，在RSTDRV下降沿，8019AS將讀入各個(gè)跳線(xiàn)引腳的狀態(tài)，寫(xiě)入系統配置寄存器中，作為系統默認的初始配置。

　　各跳線(xiàn)引腳連接：RQS0～IRQS2(78～80腳)為中斷口，本設計中采用查詢(xún)方式，所以中斷口選擇沒(méi)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(kāi)始，地址總線(xiàn)連接必須與此相一致；PL0、PL1(74、77腳)為網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)類(lèi)型選擇，本系統中設為“00”，表示進(jìn)行連接檢測；BS0～BS4(67、69、71、72腳)用于BROM容量與基地址選擇，本系統中沒(méi)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(xiàn)引腳全部配置為低電平即可。芯片引腳內部接有100kΩ的下拉電阻，所以當引腳懸空時(shí)，本身就默認為低電平，因而也可將這些引腳懸空，在相關(guān)電路設計和軟件設計中應注意要與這些跳線(xiàn)引腳配置相一致。

　　數據與地址總線(xiàn)連接：采用8位數據總線(xiàn)，將96腳IOCS16B接27kΩ下拉電阻即可使8019AS工作于8位數據總線(xiàn)方式。系統數據總線(xiàn)與SD0～SD7連接。8019AS內部寄存器和存儲器的讀寫(xiě)地址為00H～1FH，只需要5根地址線(xiàn)就能進(jìn)行選擇。但在系統跳線(xiàn)配置中已將起始地址設為300H，因而在地址選通時(shí)，還必須令地址線(xiàn)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(luò )的最終目的是實(shí)現網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上任意兩點(diǎn)之間的數據通信，但是設計一個(gè)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(shí)現的，于是將通信問(wèn)題劃分成小塊，并為每個(gè)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、執行和測試。一方面，每種協(xié)議應該處理其他協(xié)議沒(méi)有處理的通信問(wèn)題，以免重復工作。另一方面，設計的協(xié)議應該能夠共享數據結構和信息，以提高執行效率。當然最重要的是各個(gè)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(gè)相互支持、相互補充的系統，系統中的每種協(xié)議解決一部分通信問(wèn)題，而所有的協(xié)議便能解決所有可能的網(wǎng)絡(luò )通信問(wèn)題。

　　本系統網(wǎng)絡(luò )接口采用以太網(wǎng)接口，所以協(xié)議棧遵循TCP/IP模型來(lái)設計?？紤]到系統的程序空間極為有限，所以設計時(shí)對標準協(xié)議棧進(jìn)行了簡(jiǎn)化，通過(guò)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(shí)現時(shí)也進(jìn)行了適當的簡(jiǎn)化，保留其中必須具備的部分，以節約程序空間和執行時(shí)間。同時(shí)保證系統的可靠性與安全性，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(shí)現，模塊對外提供接口函數供主程序調用，精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議棧如圖3所示。

　　圖3 TCP/IP協(xié)議棧

　　網(wǎng)絡(luò )接口層是TCP/IP模型的最底層，由RTL8019AS的驅動(dòng)程序來(lái)完成基本功能。RTL8019AS的驅動(dòng)程序負責將單片機傳輸到Internet上的數據封裝成以太網(wǎng)數據包的格式發(fā)送，以及將網(wǎng)絡(luò )上傳來(lái)的數據包進(jìn)行分析使其進(jìn)入上一層的協(xié)議處理程序。

　　網(wǎng)絡(luò )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)議能夠判斷數據幀中的目的地址是否與本地IP地址相同，如果相同則接收數據幀，否則將數據幀拋棄。而IP是TCP/IP協(xié)議棧最為核心的協(xié)議，所有的網(wǎng)絡(luò )層和運輸層的數據都是以IP數據報格式傳輸。ICMP允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關(guān)異常情況的報告。

　　圖4 數據的封裝過(guò)程

　　系統需要傳輸的數據通過(guò)在每個(gè)協(xié)議層添加頭部信息，最后封裝成為以太網(wǎng)數據包，在物理網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行傳輸，數據的封裝過(guò)程如圖4所示。

　　結論

　　對于工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式Internet設備將測控網(wǎng)與Internet互連，由此實(shí)現測控網(wǎng)和信息網(wǎng)的統一。在這樣構成的網(wǎng)絡(luò )中，傳統儀器設備充當著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中獨立節點(diǎn)的角色，信息可跨越網(wǎng)絡(luò )傳輸至所及的任何領(lǐng)域，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)(包括遠程)的在線(xiàn)測控成為現實(shí)。