基于單片機(jī)的試驗(yàn)站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口

　　以太網(wǎng)控制器的外圍布線還包括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(jī)與RTL8019AS的連接

　　本設(shè)計(jì)中采用跳線方式，將65腳JP接高電平當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，在RSTDRV下降沿，8019AS將讀入各個(gè)跳線引腳的狀態(tài)，寫入系統(tǒng)配置寄存器中，作為系統(tǒng)默認(rèn)的初始配置。

　　各跳線引腳連接：RQS0～I(xiàn)RQS2(78～80腳)為中斷口，本設(shè)計(jì)中采用查詢方式，所以中斷口選擇沒有影響；IOS0～I(xiàn)OS3(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開始，地址總線連接必須與此相一致；PL0、PL1(74、77腳)為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)類型選擇，本系統(tǒng)中設(shè)為“00”，表示進(jìn)行連接檢測(cè)；BS0～BS4(67、69、71、72腳)用于BROM容量與基地址選擇，本系統(tǒng)中沒有連接BROM，只要將BS4、BS3設(shè)為低電平，就可禁止BROM。

　　由上所述可知，各跳線引腳全部配置為低電平即可。芯片引腳內(nèi)部接有100kΩ的下拉電阻，所以當(dāng)引腳懸空時(shí)，本身就默認(rèn)為低電平，因而也可將這些引腳懸空，在相關(guān)電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意要與這些跳線引腳配置相一致。

　　數(shù)據(jù)與地址總線連接：采用8位數(shù)據(jù)總線，將96腳IOCS16B接27kΩ下拉電阻即可使8019AS工作于8位數(shù)據(jù)總線方式。系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與SD0～SD7連接。8019AS內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器的讀寫地址為00H～1FH，只需要5根地址線就能進(jìn)行選擇。但在系統(tǒng)跳線配置中已將起始地址設(shè)為300H，因而在地址選通時(shí)，還必須令地址線SA8、SA9為“1”。

　　其他還包括對(duì)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(shè)計(jì)

　　該網(wǎng)絡(luò)的最終目的是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上任意兩點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信，但是設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)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(xiàn)的，于是將通信問題劃分成小塊，并為每個(gè)小塊設(shè)計(jì)單獨(dú)的協(xié)議，這樣使得每種協(xié)議變得容易設(shè)計(jì)、分析、執(zhí)行和測(cè)試。一方面，每種協(xié)議應(yīng)該處理其他協(xié)議沒有處理的通信問題，以免重復(fù)工作。另一方面，設(shè)計(jì)的協(xié)議應(yīng)該能夠共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息，以提高執(zhí)行效率。當(dāng)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(shè)計(jì)成孤立的協(xié)議，這就需要將他們?cè)O(shè)計(jì)成一個(gè)相互支持、相互補(bǔ)充的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每種協(xié)議解決一部分通信問題，而所有的協(xié)議便能解決所有可能的網(wǎng)絡(luò)通信問題。

　　本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口采用以太網(wǎng)接口，所以協(xié)議棧遵循TCP/IP模型來設(shè)計(jì)?？紤]到系統(tǒng)的程序空間極為有限，所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧進(jìn)行了簡(jiǎn)化，通過選擇合適的協(xié)議，可以降低對(duì)處理器硬件資源的需求。例如，由于對(duì)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(duì)于己經(jīng)選擇使用的協(xié)議，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，保留其中必須具備的部分，以節(jié)約程序空間和執(zhí)行時(shí)間。同時(shí)保證系統(tǒng)的可靠性與安全性，遵循分層設(shè)計(jì)思想和模塊化設(shè)計(jì)方法，各協(xié)議由對(duì)應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)，模塊對(duì)外提供接口函數(shù)供主程序調(diào)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(qū)動(dòng)程序來完成基本功能。RTL8019AS的驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)將單片機(jī)傳輸?shù)絀nternet上的數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送，以及將網(wǎng)絡(luò)上傳來的數(shù)據(jù)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(bào)文協(xié)議)協(xié)議共同完成。ARP協(xié)議能夠判斷數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀，否則將數(shù)據(jù)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(yùn)輸層的數(shù)據(jù)都是以IP數(shù)據(jù)報(bào)格式傳輸。ICMP允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告。

　　圖4 數(shù)據(jù)的封裝過程

　　系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過在每個(gè)協(xié)議層添加頭部信息，最后封裝成為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，在物理網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)的封裝過程如圖4所示。

　　結(jié)論

　　對(duì)于工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式Internet設(shè)備將測(cè)控網(wǎng)與Internet互連，由此實(shí)現(xiàn)測(cè)控網(wǎng)和信息網(wǎng)的統(tǒng)一。在這樣構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)儀器設(shè)備充當(dāng)著網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立節(jié)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(yuǎn)程)的在線測(cè)控成為現(xiàn)實(shí)。