基于以16位單片機實現(xiàn)信息家電連接internet的解決方案

　　ISA總線接口即遠程DMA接口，是指主機對RTL8019AS進行控制和操作的總線，本地DMA接口是指RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，作用是完成控制器和網(wǎng)絡(luò)線的數(shù)據(jù)交換。PNP（即插即用）邏輯部分主要是用來解決和PC機的連接問題，BootROM端口作用是解決遠程啟動問題；EEPROM端口是用來操作RTL8019AS和EEPROM芯片24C64的接口,SRAM用來存放接收和要發(fā)送的數(shù)據(jù)；MAC邏輯完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程中的一些控制；當(dāng)主機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，將一幀數(shù)據(jù)經(jīng)過遠程DMA信道送到以太網(wǎng)絡(luò)控制器中的發(fā)送緩存內(nèi)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(shù)據(jù)后繼而完成此幀的發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時，串行數(shù)據(jù)組成字節(jié)送到FIFO和CRC，發(fā)送邏輯將FIFO送來的字節(jié)在發(fā)送時脈的控制下逐步按位移出并送到CRC，CRC邏輯在接收時對輸入的數(shù)據(jù)進行CRC校驗，將結(jié)果與幀尾的CRC比較，如不同該幀數(shù)據(jù)將被拒收，如相同則送到接收緩沖區(qū)中。等到接收緩沖區(qū)收滿一幀后以中斷或緩存器標志的方式通知主處理器把數(shù)據(jù)讀走。

　　2．2 RTL8019AS的 I/O地址分配

　　以太網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)建的16KB的SRAM，可劃分為接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)兩個部分，緩沖區(qū)以幀為單位，每頁256個字節(jié)，16KB的SRAM的頁范圍規(guī)定在0x40―0x80，由PSTART和PSTOP寄存器來設(shè)定接收緩沖頁的范圍,CURR指向接收到的幀的起始頁,BNRY指向還未讀取的幀之起始頁亦即下一幀的頁地址，當(dāng)CURR到達了接收緩沖頁的底部即與PSTOP相等時CURR又會自動指到PSTART處，因此這16KB的SRAM是設(shè)計成環(huán)狀緩沖區(qū)的，以達到可再使用的目的。

　　3 硬件描述

　　整個系統(tǒng)的設(shè)計核心是臺灣凌陽科技股份有限公司推出的具有總線結(jié)構(gòu)的16位高性能CMOS微處理器,可以進行高速運算、靈活的I/O口控制和高效的數(shù)據(jù)操作。SPCE061A具有2K字的SRAM和32K字的閃存ROM.與現(xiàn)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(nèi)積運算指令Muls,加上優(yōu)化的指令集，SPCE061A的吞吐量大為提高，這使得精簡的指令集能夠在其中可靠運行。系統(tǒng)硬件電路組成框圖如圖2所示。

　　該硬件結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：1.反映信息家電工作狀態(tài)的信息采集2.數(shù)據(jù)經(jīng)過TCP/IP協(xié)議壓縮后，通過以太網(wǎng)控制芯片輸出到internet,或接收來自internet的控制數(shù)據(jù)并進行解包。該系統(tǒng)基于IEEE1451.2和TCP/IP協(xié)議構(gòu)建，具有標準化的網(wǎng)絡(luò)接口，允許與Internet或Ethernet網(wǎng)絡(luò)進行即時連接，從而實現(xiàn)了家電設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)的直接通訊，解決了監(jiān)控設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)的接口問題，為實現(xiàn)基于WEB的遠程監(jiān)控提供了底層的硬件互聯(lián)。

　　4 單片機控制以太網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸

　　單片機接入以太網(wǎng)必須嵌入TCP/IP協(xié)議，其加載TCP/IP協(xié)議控制以太網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸，并通過TCP/IP協(xié)議連接到互聯(lián)網(wǎng)的基本思路是：在遠程控制端進行的操作首先通過路由器尋找到目標，再通過網(wǎng)卡的ISA接口傳入單片機。在單片機中加載的驅(qū)動程序?qū)⒅D(zhuǎn)換成物理幀格式，最后由TCP/IP協(xié)議將之轉(zhuǎn)換為應(yīng)用層控制命令。因為單片機內(nèi)部資源有限，要完成上網(wǎng)任務(wù)必須精簡TCP/IP協(xié)議，本系統(tǒng)中使用了ARP、RARP、IP、UDP等部分協(xié)議，即可保證單片機接入以太網(wǎng)，亦保證足夠小的代碼量。單片機主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的解包和串口數(shù)據(jù)的打包，當(dāng)以太網(wǎng)有數(shù)據(jù)到達該設(shè)備，單片機采用查詢方式讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并分析，如果是ARP(物理地址解析協(xié)議)數(shù)據(jù)包，則轉(zhuǎn)入ARP處理程序，并發(fā)送RARP數(shù)據(jù)包，將IP地址和物理地址加入到局域網(wǎng)中建立映射。如果是UDP數(shù)據(jù)包且IP地址和端口號正確，則接收數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)解包后，將數(shù)據(jù)部分通過串口輸出，控制現(xiàn)場設(shè)備。反之，如果現(xiàn)場設(shè)備通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，單片機將數(shù)據(jù)按照UDP協(xié)議格式打包，送入RTL8019AS，由RTL8019AS將數(shù)據(jù)輸出到局域網(wǎng)中。根據(jù)需要還可以在收到串口數(shù)據(jù)時，先完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，再將處理好的數(shù)據(jù)送到局域網(wǎng)。

　　5軟件實現(xiàn)部分

　　軟件設(shè)計主要包括：以太網(wǎng)控制器初始化程序、驅(qū)動程序、TCP/IP協(xié)議棧程序、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置程序。以太網(wǎng)控制器驅(qū)動程序用于設(shè)置以太控制芯片的工作狀態(tài)即工作方式，分配收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置程序用于給監(jiān)測系統(tǒng)分配IP地址及域名。限于篇幅，下面僅給出了采用匯編語言編寫的RTL8019AS初始化的部分代碼。

　　.include hardware.inc;//配置單元定義

　　.public _init //RTL8019AS初始化子程序

　　_init:

　　R1=0xffff； //初始化A口為輸出

　　[P_IOA_Attrib]=R1；

　　[P_IOA_Dir]=R1；

　　R1=0xfc07； //將IOB0~IOB2,IOB10~IOB15設(shè)置為輸出，其他為輸入

　　[P_IOB_Attrib]=R1；

　　[P_IOB_Dir]=R1；