基于16位單片機SPCE061A的信息家電遠程監測系統方案設計

從目前的情況看，大部分接入方式仍以PC作為網(wǎng)關(guān)來(lái)連接，然而這種情況一般用于大型工業(yè)集散控制系統，如果用于一般的信息家電接入而額外增加一臺，必然會(huì )給產(chǎn)品帶來(lái)高昂的成本，從產(chǎn)品的經(jīng)濟實(shí)用方面來(lái)看并不切實(shí)可行。用嵌入式設備將信息家電接入的方式則很好地解決了這一問(wèn)題。

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的到來(lái)，internet已成為重要的基礎信息設施，這方面的技術(shù)進(jìn)步對于社會(huì )的各個(gè)方面產(chǎn)生了積極影響，很多領(lǐng)域都在不斷探索開(kāi)發(fā)和利用網(wǎng)絡(luò )資源。所謂嵌入式設備一般是由嵌入式微處理器、外圍設備、特定的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議以及應用程序等各部分組成，用于實(shí)現對信息家電的遠程控制、監視和管理功能，它代替了傳統的PC機或網(wǎng)關(guān)設備，在數據量不大的情況下能夠符合要求，具有可靠靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

方案的提出

從信息家電遠程在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的角度考慮，對信息家電監測和控制時(shí)存在兩種情況：（1）遠程訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，信息家電的通信數據量不大，56Kbps的通信速率即可滿(mǎn)足要求；（2）信息家電對實(shí)時(shí)性的要求不高，其時(shí)延可以在1秒以上?；谝陨蟽蓚€(gè)條件在選擇嵌入式設備時(shí)，選擇了單片機SPCE061A作為信息家電接入internet的微處理器，同時(shí)采用RTL8019AS作為以太幀的驅動(dòng)芯片，負責以太幀的接收和發(fā)送。最后，通過(guò)RJ45接口發(fā)送狀態(tài)信息到internet和接收來(lái)自internet的控制數據.此外,要實(shí)現信息家電接入internet還需要深入了解TCP/IP協(xié)議和網(wǎng)卡驅動(dòng)程序。

RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡(jiǎn)介

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10Mbps網(wǎng)卡中占有相當的比例。

2．1主要性能

(1)符合EthernetII與IEEE802.3(10Base5、10Base2、10BaseT)標準；

(2)全雙工，收發(fā)可同時(shí)達到10Mbps的速率；

(3)內置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求；

(4)支持8／16位數據總線(xiàn)，8個(gè)中斷申請線(xiàn)以及16個(gè)I／0基地址選擇；

(5)支持UTP、AUI、BNC自動(dòng)檢測，還支持對10BaseT拓撲結構的自動(dòng)極性修正；

(6)允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出；

(7)100腳的TQFP封裝，縮小了PCB尺寸。

RTL8019AS內部可分為遠程DMA接口、本地DMA接口、MAC(介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制)邏輯、數據編碼解碼邏輯和其他端口。其內部結構如圖1所示。

ISA總線(xiàn)接口即遠程DMA接口，是指主機對RTL8019AS進(jìn)行控制和操作的總線(xiàn)，本地DMA接口是指RTL8019AS與網(wǎng)線(xiàn)的連接通道，作用是完成控制器和網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)的數據交換。PNP（即插即用）邏輯部分主要是用來(lái)解決和PC機的連接問(wèn)題，BootROM端口作用是解決遠程啟動(dòng)問(wèn)題；EEPROM端口是用來(lái)操作RTL8019AS和EEPROM芯片24C64的接口,SRAM用來(lái)存放接收和要發(fā)送的數據；MAC邏輯完成數據的發(fā)送和接收過(guò)程中的一些控制；當主機要發(fā)送數據時(shí)，將一幀數據經(jīng)過(guò)遠程DMA信道送到以太網(wǎng)絡(luò )控制器中的發(fā)送緩存內存中，然后發(fā)出傳送命令，以太網(wǎng)絡(luò )控制器在送出前一幀的數據后繼而完成此幀的發(fā)送；接收數據時(shí)，串行數據組成字節送到FIFO和CRC，發(fā)送邏輯將FIFO送來(lái)的字節在發(fā)送時(shí)脈的控制下逐步按位移出并送到CRC，CRC邏輯在接收時(shí)對輸入的數據進(jìn)行CRC校驗，將結果與幀尾的CRC比較，如不同該幀數據將被拒收，如相同則送到接收緩沖區中。等到接收緩沖區收滿(mǎn)一幀后以中斷或緩存器標志的方式通知主處理器把數據讀走。

2．2RTL8019AS的I/O地址分配

以太網(wǎng)絡(luò )控制器內建的16KB的SRAM，可劃分為接收緩沖區和發(fā)送緩沖區兩個(gè)部分，緩沖區以幀為單位，每頁(yè)256個(gè)字節，16KB的SRAM的頁(yè)范圍規定在0x40—0x80，由PSTART和PSTOP寄存器來(lái)設定接收緩沖頁(yè)的范圍,CURR指向接收到的幀的起始頁(yè),BNRY指向還未讀取的幀之起始頁(yè)亦即下一幀的頁(yè)地址，當CURR到達了接收緩沖頁(yè)的底部即與PSTOP相等時(shí)CURR又會(huì )自動(dòng)指到PSTART處，因此這16KB的SRAM是設計成環(huán)狀緩沖區的，以達到可再使用的目的。

硬件描述

整個(gè)系統的設計核心是臺灣凌陽(yáng)科技股份有限公司推出的具有總線(xiàn)結構的16位高性能CMOS微處理器,可以進(jìn)行高速運算、靈活的I/O口控制和高效的數據操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的閃存ROM.與現有的8位微處理器相比，其提供了速度較高的16位x16位乘法運算指令Mul和內積運算指令Muls,加上優(yōu)化的指令集，SPCE061A的吞吐量大為提高，這使得精簡(jiǎn)的指令集能夠在其中可靠運行。系統硬件電路組成框圖如圖2所示。

圖2系統硬件電路框圖