【正文】 測(cè)。2．1C8051F020與RTL8019AS接口電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題：（1）I/O地址：RTL8019AS的第65腳JP決定網(wǎng)卡的工作方式，本設(shè)計(jì)中JP腳接高電平（VCC），即使用跳線方式。8019具有兩套總線：一套用于和主處理器通信，稱為遠(yuǎn)程DMA。RTL8019AS工作于8位和16位兩種模式IOCS16B接地，選擇8位模式。RTL8019AS是做老式的ISA總線而設(shè)計(jì)的，ISA總線的總線速度為1Mb/s，而以太網(wǎng)的速度通常都在10Mb/s左右。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路提供全速，非侵入式的電路內(nèi)調(diào)試。選擇CygnalC8051F020的主要優(yōu)勢(shì)為：（1）速度快，時(shí)鐘頻率為25MHz，峰值速度可達(dá)25MIPS,大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)周期，其它標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)指令執(zhí)行時(shí)間為12或24個(gè)時(shí)鐘周期。 MCU與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS232標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，本課題采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)他們之間的電平兼容，而RTL8019AS與局域網(wǎng)之間是通過(guò)采用無(wú)屏蔽雙絞線的RJ45接口，RTL8019AS已內(nèi)置了10BASET的收發(fā)器，故接口部分電路比較簡(jiǎn)單，只需要外接1個(gè)隔離濾波器PPT TPN+、TPN為接收線，TPOUT+、TPOUT－為發(fā)送線，經(jīng)隔離后的4根線與RJ45接口相連。實(shí)現(xiàn)這種形式的TCP/IP系統(tǒng)，可選用多種型號(hào)的MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如AT89C825SX52BD100等，并可根據(jù)具體要求選用不同速度的MCU作為核心芯片，但是基本硬件結(jié)構(gòu)大致相同。EMIT采用桌面計(jì)算機(jī)或高性能的嵌入式處理器作為網(wǎng)關(guān)，稱為emGateway，上面支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行HTTP服務(wù)程序，形成一個(gè)用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)的服務(wù)器。這樣使客戶局域網(wǎng)中的PC機(jī)能夠與嵌入式Web服務(wù)器進(jìn)行自定義的通信，如:發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令、采集參數(shù)初始化命令等。與TCP兩端口所連接的實(shí)體中，一端為應(yīng)用程序進(jìn)程或用戶，另一端則為底層協(xié)議，如IP協(xié)議?；赥CP/IP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)多種功能應(yīng)用，如:HTTP(超文本傳輸控制協(xié)議)、TELNET(遠(yuǎn)程登錄)、FTP(文件傳輸協(xié)議)、SMTP(簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議)、SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)等?；貜?fù)信息到局域網(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介:RJ 45為系統(tǒng)與局域網(wǎng)的接口。因此，對(duì)于以單片機(jī)為中心的嵌入式設(shè)備，如何充分利用現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，已成為當(dāng)今電子世界中的熱門(mén)話題。數(shù)據(jù)的傳輸大多采用RS232, RS485以及各種現(xiàn)場(chǎng)總線，這些方式有些通信速度不夠快，有些距離不夠遠(yuǎn)，且各種總線之間難于實(shí)現(xiàn)互連和互操作。三是直接實(shí)現(xiàn)方案，即在8位單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)Internet的接入功能。它由低檔8位機(jī)組成嵌入式儀器，采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(RS232,RS485等)把若干嵌入式儀器連在一起，該網(wǎng)絡(luò)再與PC相連，由此組成PC網(wǎng)關(guān)專(zhuān)用網(wǎng)。因?yàn)?2位處理器有足夠的資源可以擴(kuò)充利用，RAM和ROM可以做得足夠大，整個(gè)TCP/IP協(xié)議族可以做到系統(tǒng)里面去，甚至可以嵌入一個(gè)帶TCP/IP協(xié)議族的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（4） 高度集成的片上系統(tǒng)(System On Chip, SOC)。它通常把通用計(jì)算機(jī)中許多板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，有利于嵌入式處系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，并且具有高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。嵌入式軟件部分主要由嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境和嵌入式應(yīng)用軟件構(gòu)成。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。不過(guò) ，目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是:以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，硬件軟件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種技術(shù)現(xiàn)今已用于工業(yè)自動(dòng)化，POS(電子收款機(jī)系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)，智能公路等方面。由于嵌入式設(shè)備具有人性化的人機(jī)交互界面，GUI屏幕為中心的多媒體界面給人以很大的親和力，手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像取得初步成效，所有上述產(chǎn)品都離不開(kāi)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，嵌入式軟件技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，造就了家電行業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向－信息家電。信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)我們這個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。在經(jīng)歷了機(jī)械時(shí)代，蒸汽機(jī)時(shí)代和電氣時(shí)代后，以信息的收集，處理和發(fā)布為主要特點(diǎn)的信息技術(shù)是成為我們這個(gè)時(shí)代的主流技術(shù)。在通信領(lǐng)域中，采用嵌入式技術(shù)的交換和路由設(shè)備實(shí)現(xiàn)了智能的交換和路由。在個(gè)人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要作為個(gè)人移動(dòng)的數(shù)據(jù)處理和通信軟件。[1]本文將講述的單片機(jī)＋TCP/IP軟件的方法就可以使嵌入式系統(tǒng)上英特網(wǎng)，使嵌入式設(shè)備之間可以相互通信。[2]這主要從應(yīng)用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體。(2)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及各行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入式硬件部分主要由嵌入式處理器，嵌入式外圍設(shè)備等構(gòu)成。嵌入式處理器與通用處理器有所不同。（3） 中高端的嵌入式微處理器(Microprocessor Unit, MPU)。二、 嵌入式軟件嵌入式軟件又可以分為嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件兩部分。在制造工業(yè)、過(guò)程控制、通訊、儀器、儀表、汽車(chē)、船舶、航天、軍事裝備、消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。 嵌入式Web Server的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)接入Internet方案目前，國(guó)內(nèi)外嵌入式儀器接入Internet主要有以下三種方案:一是使用嵌入式操作系統(tǒng)，即由TCP/IP協(xié)議棧加嵌入式操作系統(tǒng)加高速32位處理器做成的嵌入式儀器。二是代理服務(wù)器方案。這樣雖然也能實(shí)現(xiàn)信息共享，但其成本較高。[2] 嵌入式Internet的研究意義及目的目前國(guó)內(nèi)單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，大多數(shù)系統(tǒng)是以51單片機(jī)為核心，與檢測(cè)、伺服、顯示設(shè)備配合起來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。借助以太網(wǎng)和Internet技術(shù)，把嵌入式系統(tǒng)連接到Internet上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個(gè)地方。 研究?jī)?nèi)容及方案本文采用8051單片機(jī)和Realtek公司的10M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)RTL8019AS接口構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器的硬件平臺(tái)，并在詳細(xì)分析了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型和精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，完成了以下幾方面的內(nèi)容：（1） 單片機(jī)與網(wǎng)卡的接口設(shè)計(jì)；（2） 在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)TCP/IP協(xié)議；（3） 數(shù)據(jù)的采集及IP地址的顯示；（4） 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的生成等。請(qǐng)求信息再經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的處理，產(chǎn)生回復(fù)信息。所謂的TCP/IP協(xié)議是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層(含IP協(xié)議)、傳輸層(含TCP協(xié)議)和應(yīng)用層，每一層負(fù)責(zé)不同的功能。IP包含編址方案，并提供尋址功能：TCP則是在不同主機(jī)的對(duì)等進(jìn)程之間提供可靠的進(jìn)程間通信。在程序中加入基于TCP/IP協(xié)議的用戶自定義數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 （2）EMIT技術(shù)。 （3）MCU直接實(shí)現(xiàn)形式。原理圖如下：RJ45TPOUTSD0~SD7 TPINSA0~SA7IORBIOWBRSTDRVI INT0 AEN IOCS16B P7 RXDTXD 鎖存 GNDGND RTL8019C8051F020RS232 圖 22 接口電路以太網(wǎng)接口的工作過(guò)程為：利用MCU控制網(wǎng)絡(luò)控制器的各項(xiàng)操作。RTL8019AS本身包含了Ethernet網(wǎng)絡(luò)模型中最低兩層。兩個(gè)A/D和兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，64個(gè)I/O口線。（2）全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10MBPS的速率。（5）8位單片機(jī)的總線速度恰好和ISA總線工作在8位數(shù)據(jù)線時(shí)的速度相當(dāng)，所以為了讓單片機(jī)有足夠長(zhǎng)的處理時(shí)間，我們選用RTL8019AS。網(wǎng)卡的20根地址線中SA10～SA19接地，其余接單片機(jī)的P2和P1口。RTL8019AS內(nèi)部16KB的雙端口的RAM，足夠接收多個(gè)以太網(wǎng)幀，它是按頁(yè)存儲(chǔ)的，每256Byte為一頁(yè)，共有64Page，一般把前12Page作為發(fā)送緩沖區(qū)，后52Page作為接收緩沖區(qū)，當(dāng)更多的幀被接收時(shí)，由于RTL8019AS控制器的RAM對(duì)接收的幀有緩沖能力，使得CPU可以定時(shí)去處理一個(gè)幀。本設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用中斷方式，使用查詢方式。（5）總線模式：RTL8019AS的IOCS16B（即96腳）引腳通過(guò)一個(gè)27K的電阻拉低，使得RTL8019AS工作在8位總線。(8)第64腳為AUI，該引腳決定使用AUI還是BNC接口。(9)網(wǎng)絡(luò)接口類(lèi)型由74和77(PL0，PLI)引腳決定，這里使用自動(dòng)檢測(cè)方式。單片機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)只需要對(duì)遠(yuǎn)程DMA操作。FIFO邏輯對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)作16字節(jié)的緩沖，以減少對(duì)本地DMA請(qǐng)求的頻率。非跳線方式。如果第65腳接高電平(VCC)，即使用跳線方式。RAM按頁(yè)存儲(chǔ)，采用分頁(yè)的方式管理，每256字節(jié)為一頁(yè)。它實(shí)際是個(gè)雙端口的RAM，是指有兩套總線連接到RAM,一套總線RTL8019AS讀或?qū)懺揜AM,即本地DMA。其中0X00300～0X0030F分配給了寄存器組，0X00310～0X00317分配給了遠(yuǎn)程DMA端口，剩下的地址空間分配給了復(fù)位端口。在PAGE0～PAGE2共有58個(gè)寄存器。其中芯片的I/0地址由引腳8882和81來(lái)決定。復(fù)位端口包括18H～1FH,共8個(gè)地址，功能一樣，用于RTL8019AS復(fù)位。表22 RTL8019AS的總線接口引腳與單片機(jī)的連接表Pin 29IORB讀信號(hào)，接到單片機(jī)的WR引腳（）Pin 30IOWB寫(xiě)信號(hào)，接到單片機(jī)的RD引腳（）Pin 33RSTDRVRESET信號(hào)，接單片機(jī)的T0 ()Pin 34AEN地址有效信號(hào)，接地。LED0LED1各接一個(gè)發(fā)光二極管以反映通訊狀態(tài)：LED0表示LED_COL，即通訊有沖突；LED1表示LED_RX，即接收到網(wǎng)上的信息包。D0~D7接單片機(jī)的P7口，/OE接單片機(jī)的RD，/WR接單片機(jī)的/WR，/。而DB9插座的2腳可與PC機(jī)端的串口RX0腳相連，DB9插座的3腳可與PC機(jī)端的串口TX0腳相連，5腳接地。管腳表如下： W29C040 FLASH ROM 表24 W29C040管腳列表管腳名稱功能描述A0A18地址的輸入口DQ0DQ7數(shù)據(jù)的輸入/輸出口CE 片選腳OE讀腳WE寫(xiě)腳Vdd5V腳Vss地 圖25W29C040管腳圖 3．TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介3．1 分層結(jié)構(gòu)對(duì)于一個(gè)功能齊全以太網(wǎng)WEB服務(wù)器，需要一下幾個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議（ARP），網(wǎng)際協(xié)議（IP），網(wǎng)際控制消息協(xié)議（ICMP），傳輸控制協(xié)議（TCP），超文本傳輸協(xié)議（HTTP）,它們的關(guān)系圖如下：用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程TCPUDPIPIGMPICMP硬件接口RARPARP媒 體 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 圖31 TCP/IP協(xié)議族中不同層次的協(xié)議TCP/IP協(xié)議最先是在UNIX系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的，后來(lái)的LINUX、DOS、Windows也實(shí)現(xiàn)了TCP/IP，隨后TCP/IP協(xié)議也被移植到其它嵌入式的處理器上?；谶@一思想，我們?cè)谠O(shè)計(jì)嵌入式Internet時(shí)就可以在TCP/IP協(xié)議的子集中實(shí)現(xiàn)，從而降低設(shè)計(jì)的難度。TCP傳給IP的數(shù)據(jù)單元稱作TCP報(bào)文段或簡(jiǎn)稱為T(mén)CP段（TCP segment）。本文的后面將詳細(xì)介紹幀頭的含義。 鏈路層的協(xié)議分析鏈路層(Link Layer):又稱數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，這是TCP / IP協(xié)議族的最底層，它負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)包和把數(shù)據(jù)包通過(guò)選定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽取出IP數(shù)據(jù)包，交給IP層。但是，TCP/IP有自己的地址，即32位的IP地址。ARP協(xié)議的功能是為32位IP地址到對(duì)應(yīng)的48位以太網(wǎng)物理地址之間提供動(dòng)態(tài)映射，將上層的IP地址與底層的物理地址進(jìn)行綁定，它形成