【正文】 最少必須傳輸46字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足46字節(jié)時需填充，填充字符的個數(shù)不包括在長度字段里，超過1500字節(jié)，需要拆成多個幀傳送。對于數(shù)據(jù)的校驗算法，我們無需了解。） DATA：數(shù)據(jù)段 ，該段數(shù)據(jù)不能超過1500字節(jié)。如果為FFFFFFFFFFFF，則是廣播地址，廣播地址的數(shù)據(jù)可以被任何網(wǎng)卡接收到。一個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理傳輸幀由前導(dǎo)列PR、分隔位SD、目的地址DA、源地址SA、類型字段Type、數(shù)據(jù)段Data、填充位PAD和幀校驗序列FCS共8部分組成。：ARPIPRARP以太網(wǎng)幀TCPIGMPUDPICMP應(yīng)用程序應(yīng)用程序應(yīng)用程序應(yīng)用程序根據(jù)首部中的協(xié)議值分根據(jù)首部中的幀類型分根據(jù)首部中的端口號分 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的分用過程 以太網(wǎng)幀格式各種通訊協(xié)議都有自己的報文格式，TCP/IP也不例外，它也有自己單獨的報文格式。 什么是封裝當(dāng)應(yīng)用程序用TCP傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后逐個通過每一層，直到被當(dāng)作一串比特流送入網(wǎng)絡(luò)。它傳送的只是一個拷貝，不是原文件。這一層的協(xié)議有兩個，基于可靠傳輸?shù)膫鬏斂刂茀f(xié)議（TCP協(xié)議）和不可靠傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)處理從原發(fā)送方到目的地的報文地址和路由信息，以便讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的任意主機上。第2章 TCP/IP協(xié)議（棧）簡介 TCP/IP協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)TCP協(xié)議和IP協(xié)議是使計算機能相互通信的一組協(xié)議中的兩個重要協(xié)議，通常就用TCP/IP來代表這一組協(xié)議。本課題主要實現(xiàn)將TCP/IP協(xié)議嵌入 8位單片機中，單片機上網(wǎng)研究最多的一種方案就是用單片機驅(qū)動ISA總線網(wǎng)卡或者是驅(qū)動基于ISA總線的以太網(wǎng)(局域網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)范) 控制芯片，考慮到在實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中占有主導(dǎo)地位，本文采用后者。這種方法的優(yōu)點是可靠性高，執(zhí)行速度快，但往往硬件電路復(fù)雜、價格昂貴、硬件成本高。 整體方案設(shè)計方案的主要任務(wù)是采用單片機控制網(wǎng)絡(luò)接口芯片實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，以便宜控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。以太網(wǎng)使得大量數(shù)據(jù)的快速傳輸成為可能。軟硬件可裁剪，適用于對功能、體積、成本、可靠性、功耗有嚴(yán)格要求的計算機系統(tǒng)中。本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)接入模塊解決了嵌入式設(shè)備與以太網(wǎng)絡(luò)的連接問題，在不改變嵌入式設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的情況下，用戶終端可以通過這個模塊將現(xiàn)有的各種串口設(shè)備快速方便地接入網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)通信等功能。本設(shè)計利用8位單片機AT89C52提供的系統(tǒng)資源和處理能力，加上ISA接口的10 Mb/s網(wǎng)卡芯片RTL8019AS，通過編寫一套精簡的協(xié)議棧，并實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信，從而達到低成本、可靠連接網(wǎng)絡(luò)的目的。嵌入式計算機系統(tǒng)，最早出現(xiàn)在60年代的武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于民用機電一體化產(chǎn)品中。這樣，除了可以充分利用PC機上各種資源，完成數(shù)據(jù)的存儲、分析、統(tǒng)計工作外，還可以實現(xiàn)測控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，對于智能化、模塊化的嵌入式設(shè)備集群的實現(xiàn)提供了另一種途徑。在本文中最重要的是嵌入式TCP/IP協(xié)議在8位單片機上的實現(xiàn)，從而達到了實現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)接口的目的。另一種是采用嵌入式處理器+網(wǎng)卡芯片，即將TCP/IP協(xié)議以軟件方式嵌入到嵌入式系統(tǒng)的ROM中。單片機上網(wǎng)的困難在于TCP/IP協(xié)議是一組龐大的協(xié)議集，而8位單片機自身資源有限，其存儲容量、運行速度和總線寬度等不能像PC機那樣通過標(biāo)準(zhǔn)的硬件和軟件接口實現(xiàn)TCP/IP。該協(xié)議是用于通信的一個規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)，由計算機傳送數(shù)據(jù)時使用，保證Internet上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速傳輸。IP協(xié)議就是層中傳送數(shù)據(jù)的機制。應(yīng)用層：負(fù)責(zé)對接收的數(shù)據(jù)提供解釋服務(wù)。其它的協(xié)議還有遠(yuǎn)程登錄、簡單郵件傳輸協(xié)議、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等[3]。其中每一層對收到的數(shù)據(jù)都要增加一些首部信息（有時還要增加尾部信息），這個過程稱作封裝。對TCP/IP協(xié)議編程，首先要清楚其報文格式。 PRSDDASATypeDataPADFCS56位8位48位48位16位46~1500字節(jié)DATA小于46字節(jié)時補032位PR：同步位，用于收發(fā)雙方的時鐘同步，同時也指明了傳輸?shù)乃俾剩?0M和100M的時鐘頻率不一樣，所以100M網(wǎng)卡可以兼容10M網(wǎng)卡），是56位的二進制數(shù)101010101010....。 SA：源地址，48位，表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的,即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址，同樣是6個字節(jié)。因為以太網(wǎng)規(guī)定整個傳輸包的最大長度不能超過1514字節(jié)。數(shù)據(jù)幀傳輸時，除了數(shù)據(jù)段的長度不定以外，其他部分的長度固定不變。事實上，發(fā)送數(shù)據(jù)時，PR、SD、FCS及填充字段這幾個數(shù)據(jù)段由以太網(wǎng)控制器自動產(chǎn)生；而接收數(shù)據(jù)時，PR、SD被跳過，它們只被控制器檢測，而不被作為接收數(shù)據(jù)接收，控制器一旦檢測到有效的前序字段（即PR和SD），就認(rèn)為接收數(shù)據(jù)開始。 物理地址有兩種基本類型：以太網(wǎng)類型和ProNET令牌網(wǎng)類型，前者有大型的固定的物理地址，后者有小型的易于配置的物理地址，網(wǎng)絡(luò)地址特指IP地址。因此，IP層發(fā)送IP數(shù)據(jù)報時通常將產(chǎn)生以下事件：（1） IP調(diào)用ARP，請求IP地址為IB的目的主機B的物理地址為PA。（4） 該網(wǎng)絡(luò)中的所有主機都能接收ARP請求幀，并將該幀中的目的地址IP地址IB和自己的IP地址進行比較。ARP應(yīng)答幀包含以下信息：l 應(yīng)答主機的物理地址PB；l 應(yīng)答主機的IP地址IB；l 請求主機的物理地址PA；l 請求主機的IP地址IA。（2） 目的主機必須與源主機位于同一物理網(wǎng)絡(luò)中。以下是ARP地址解析報文的幀格式： 地址解析報文的幀格式字段以太網(wǎng)首部硬件類型協(xié)議類型硬件地址長度協(xié)議地址長度OP發(fā)送端以太網(wǎng)地址發(fā)送端IP地址目的以太網(wǎng)地址目的IP地址位161616881648324832l 以太網(wǎng)首部：幀封裝時加在ARP報文的首部。l 協(xié)議類型：16比特，定義使用ARP協(xié)議的類型。l 協(xié)議地址長度：8比特，以字節(jié)為單位定義物理地址長度。l 發(fā)送方IP地址：定義發(fā)送方的網(wǎng)絡(luò)地址。IP協(xié)議作為TCP/IP協(xié)議簇中的核心協(xié)議，提供了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罨镜姆?wù)，同時也是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的基本協(xié)議。由于IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層中具有重要的地位，人們又將TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層稱為IP層。（3）IP協(xié)議提供無連接數(shù)據(jù)報服務(wù)，各個數(shù)據(jù)報獨立傳輸，可能沿著不同的路徑到達目的地，也可能不會按序到達目的地。為此，IP層通過IP地址實現(xiàn)物理地址的統(tǒng)一；通過IP數(shù)據(jù)報實現(xiàn)了物理數(shù)據(jù)幀的統(tǒng)一。l 首部長度字段長度為4比特，指出以32位字長（4字節(jié)）為單位的數(shù)據(jù)報首部長度。l 數(shù)據(jù)報總長度字段的長度為16比特，總長度以字節(jié)為單位指示整個IP數(shù)據(jù)報的長度。l 生存時間TTL是個數(shù)量級的概念，防止無用數(shù)據(jù)包一直存在網(wǎng)絡(luò)中。l 頭校驗和字段為16比特。l 目的IP地址指接收方IP地址。這些控制功能包括：差錯報告、擁塞控制、路徑控制以及路由器和主機信息的獲取等。ICMP報文首先要封裝成IP數(shù)據(jù)報，然后再傳遞給下一層。l 校驗和（CHECKSUM）：提供ICMP整個報文的校驗和，校驗和算法與IP數(shù)據(jù)報首部校驗和算法相同。l 數(shù)據(jù)段部分在報告差錯時，攜帶原始出錯數(shù)據(jù)報的首部和數(shù)據(jù)的前8個字節(jié)，通常這些信息包括了該數(shù)據(jù)報的關(guān)鍵信息（前8個字節(jié)一般為上層協(xié)議的首部信息）；在請求和應(yīng)答報文中，攜帶與請求和應(yīng)答相關(guān)的額外信息。： ICMP常見類型號及其含義類型34511128或010或913或1417或18報文含義目的地不可達源中斷重定向數(shù)據(jù)報超時數(shù)據(jù)報參數(shù)有問題回送請求和應(yīng)答路由器詢問和通告時間戳請求或應(yīng)答地址屏蔽請求或回答本課題只考慮ICMP報文的目的站不可達和回送請求與應(yīng)答報文。傳輸層的目的在于彌補和加強通信子網(wǎng)服務(wù)。 TCP采用協(xié)議端口來標(biāo)識某一主機上的通信進程。套接字socket是系統(tǒng)提供的進程通信編程界面，支持客戶/服務(wù)器模型。每個socket都有一個操作系統(tǒng)分配的本地惟一的socket號。數(shù)據(jù)在建立的連接上按順序發(fā)送，并且按順序達到信宿機。l 序號指出段中的數(shù)據(jù)部分在發(fā)送方數(shù)據(jù)流中的位置。l 首部長度指出以32比特字長（4字節(jié)）為單位的段首部長度。l 校驗和的校驗范圍包括段首部、數(shù)據(jù)以及偽首部。 應(yīng)用層協(xié)議（HTTP協(xié)議）超文本傳輸控制協(xié)議（HTTP）用來分發(fā)超文本媒體信息，相當(dāng)靈活和迅速，是目前通過Internet進行信息交換的最主要方式。因此減少了連接建立的次數(shù)和經(jīng)常性的連接開銷。每個HTTP請求都是自包含的，服務(wù)器不保留以前的請求或會話的歷史記錄。4) 協(xié)商能力。如果用戶再次請求該頁，則HTTP允許瀏覽器訪問服務(wù)器，確定自從高速緩存之后該頁的內(nèi)容是否已經(jīng)改變。HTTP在應(yīng)用層上操作。串行接口可以實現(xiàn)RS232。 RTL8019AS簡介[6] RTL8019AS是本系統(tǒng)與以太網(wǎng)通訊的基礎(chǔ)，它用以實現(xiàn)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點之間的報文發(fā)送與接收功能，處于TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)鏈路層，是信息傳送、控制和管理的重要環(huán)節(jié)。校驗后，將數(shù)據(jù)串行的從網(wǎng)線上發(fā)送出去。(2) 載波信號的收發(fā)和控制。（2） PLS完成發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、載波監(jiān)聽、錯誤檢測等功能，這些功能都與通訊媒介無關(guān)。它將隨著通信媒介的不同而不同，用于完成發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、回環(huán)以及沖突檢測、SQE（信號質(zhì)量錯誤）測試等功能。收發(fā)緩沖以頁為單位，每頁256字節(jié)，共64頁，對應(yīng)的頁號為0x40~0x80。為了有效利用接收緩沖區(qū)，將接收緩沖區(qū)RAM構(gòu)成FIFO循環(huán)隊列結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)物理地址是6個字節(jié)的，這里使用12字節(jié)是因為這12字節(jié)是重復(fù)存儲的，例如物理地址0x50584AC219DF存儲在0x0000~0x000b里是50505859ACACC2C21919DFDF，可以看到單和雙的地址存儲的是一樣的。（4）其中0x00~0x0f共16個地址為寄存器地址。0x18~0x1f共8個地址為復(fù)位端口，它們功能一樣，用于對RTL8019AS的熱復(fù)位，使用其中一個即可，本課題選用0x18。 NE2000寄存器組分為4頁，由寄存器CR中的PS0和PS1加以選擇。： RTL8019AS的NE2000寄存器組 1. CR：命令寄存器(00H；類型：讀寫)該寄存器用于選擇寄存器頁，允許或禁止遠(yuǎn)程DMA以及發(fā)出各種命令。011——發(fā)送包； 1——遠(yuǎn)程DMA完成/退出。1STA無控制作用，僅反映此位的寫入值，上電時為00STP該位為停止命令。此外在接收緩存溢出時置位，而在一個和多個包被從緩存中讀出時清零。6. TSR：發(fā)送狀態(tài)寄存器(04H；類型：0頁讀)該寄存器表示包發(fā)送的狀態(tài)。7. RCR：接收配置寄存器(0CH；類型：0頁寫，2頁讀)位符號簡述7——總是16——總是15MON置位時為監(jiān)控模式，對接收包只檢查不緩存:清零時則緩存。0SEP置位時接受有接收錯誤的包，清零時拒絕接受有接收錯誤的包。退出監(jiān)控允許接收時清零。由于緩存不足或處于監(jiān)控模式而不能接收輸入包時置位。4. BNRY：邊界寄存器(03H；類型：0頁讀寫)該寄存器用于防止環(huán)形緩存的覆蓋。06H；類型：0頁寫)這兩個寄存器設(shè)置發(fā)送包的字節(jié)數(shù)。10. RSAR0，1：遠(yuǎn)程起始地址寄存器(08Hamp。12. CNTR0：幀對齊錯誤計數(shù)器(0DH；類型：0頁讀)13. CNTR1：CRC錯誤計數(shù)器(0EH：類型：0頁讀)14. CNTR2：包丟失計數(shù)器(0FH；類型：0頁讀)15. PAR0~5：物理地址寄存器(01H~06H；類型：1頁讀寫)該寄存器保存本節(jié)點地址并用于與接收數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址進行比較，而確定接受還是拒絕。（具體電路原理圖參見附件）：X1 P2X2單 片 機RXD P0TXD串行通信32KB RAM鎖存器網(wǎng)卡主芯片RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)變壓器RJ45接口以太網(wǎng)絡(luò)12MHZ22pF22pF 硬件接口框圖 主要器件：本例中的主要器件包括：主處理器（51單片機）、地址鎖存器、外部RAM、以太網(wǎng)控制芯片、EEPROM和隔離低通濾波器。以太網(wǎng)芯片采用Realtek公司的RTL8019AS。存儲器功能存儲用戶的一些設(shè)置，如MAC地址、IP地址等。負(fù)責(zé)單片機與PC機之間的電平轉(zhuǎn)換。反之，從8019接收的數(shù)據(jù)通過單片機可以從串口發(fā)出去。反之，8019收到物理信號后將其還原成數(shù)據(jù)，按指定格式存放在芯片RAM中以便主機程序取用。下面將分別介紹其功能和實現(xiàn)。初始化步驟如下：1) CR=0x21，選擇頁0的寄存器；2) TPSR=0x45，設(shè)置發(fā)送頁起始頁地址，初始化為第一個發(fā)送緩沖區(qū)的頁，即0x40；3) PSTART=0x45，PSTOP=0x80，構(gòu)造緩沖環(huán)：0x4c~0x80；4) BNRY=0x4C，設(shè)置讀指針；5) RCR=0xCC，設(shè)置接收配置寄存器，使用接收緩沖區(qū)，僅接收自己地址的數(shù)據(jù)包（以及廣播地址數(shù)據(jù)包）和多點播送地址包，小于64字節(jié)的包丟棄，校驗錯的數(shù)據(jù)包不接收。使用0x4C~0x7F為接收緩沖區(qū)，共52頁。發(fā)送過程中，如果用戶還有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，那么這時把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包放在發(fā)送緩沖區(qū)2中（一邊發(fā)送，一邊把下一包放到緩沖區(qū)里），等到發(fā)完發(fā)送緩沖區(qū)1的數(shù)據(jù)包后，就馬上啟動發(fā)送緩沖2的數(shù)據(jù)包。因為以太網(wǎng)報文要求最小長度為60，所以在發(fā)送報文前要判斷報文長度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)送緩沖區(qū)的選定由