【文章內(nèi)容簡介】 器作為代理服務(wù)器，將Web頁放入高速緩存并從中應(yīng)答瀏覽器的請求。7) 應(yīng)用層。HTTP在應(yīng)用層上操作。它采用一種穩(wěn)定的，面向連接的傳輸協(xié)議，如TCP，但是不提供可靠性或重傳機制[5]第3章 硬件實現(xiàn) 物理層接口實現(xiàn)系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的接入方式，實現(xiàn)串行通訊協(xié)議和以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。與局域網(wǎng)額接口采用Realtek公司的網(wǎng)絡(luò)接口控制器RTL8019AS實現(xiàn)。RTL8019AS是100腳、PQFP封裝、ISA接口的以太網(wǎng)接口芯片，接入速率10Mb/s。串行接口可以實現(xiàn)RS232。RS232選用MAXM公司的MAX232（A）。系統(tǒng)通過RTL8019AS接入以太網(wǎng)，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)線路，實現(xiàn)RS232信號數(shù)據(jù)的遠程傳輸。下面分別介紹物理層的接口實現(xiàn)。 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)。其功能大致可分為以下兩種。(1) 通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。發(fā)送時，將發(fā)送來的數(shù)據(jù)按照特定的格式并加上前導(dǎo)碼、幀定界符燈裝配成幀，并進行CRC校驗。校驗后，將數(shù)據(jù)串行的從網(wǎng)線上發(fā)送出去。接收時，判斷報文的目的地址是否為本機地址，如果是，對報文進行校驗。校驗正確，則將報文發(fā)往存儲器本發(fā)送一個ACK應(yīng)答幀。如果校驗后發(fā)現(xiàn)報文錯誤，則將收到的報文丟棄并發(fā)送一個NAK否定應(yīng)答幀。(2) 載波信號的收發(fā)和控制。這項功能包括載波監(jiān)聽、發(fā)送時間等。確切的說，網(wǎng)絡(luò)控制器是一個DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）。，可將10Mb/s以太網(wǎng)控制器的功能模塊劃分為介質(zhì)存取控制（MAC）子層、接入單元接口(AUI)、介質(zhì)接入單元（MAU）和物理信號規(guī)范(PLS)等4部分，：地址寄存器MACPLS緩沖存儲器網(wǎng)絡(luò)接口AUIMAU系統(tǒng)總線 RTL8019AS結(jié)構(gòu)框圖各單元的功能如下：（1） MAC子層負責(zé)執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議，負責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)封包以及通信媒體管理、完成數(shù)據(jù)幀同步、接收數(shù)據(jù)幀時給數(shù)據(jù)幀定界、檢測目的地址是否匹配以及沖突處理等功能。（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)。PLS將MAC傳送來的NRI（不歸零編碼）編碼的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成曼徹斯特編碼后并將數(shù)據(jù)通過AUI發(fā)送到MAU，或通過AUI從MAU接收以曼徹斯特編碼方式編碼的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行NRI譯碼后將數(shù)據(jù)發(fā)送到MAC。（3） AUI提供PLS功能與MAU之間信號的通道。（4） MAU與通訊媒介直接相關(guān)，是DTE與網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)之間的功能、電氣與機械的接口。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。網(wǎng)絡(luò)的沖突檢測、沖突退避重發(fā)、檢測接收報文目的地址是否匹配、檢測報文CRC校驗等工作都由硬件來完成，本系統(tǒng)中只要對發(fā)送、接收、初始化、中斷處理、出錯處理和I/O操作等進行控制。 RTL8019AS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）RTL8019AS內(nèi)部有兩塊RAM區(qū)。一塊容量為16KB，地址為0x4000~0x7fff，用于收發(fā)緩沖。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。一般將前12頁（即地址為0x4000~0x4bff）作為發(fā)送緩沖區(qū)，且分為兩個6頁。這兩個發(fā)送緩沖區(qū)交替使用，可提高發(fā)送效率。后52頁（即地址為0x4c00~0x7fff）作為接收緩沖區(qū)。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)。要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM。它實際上是雙端口的RAM，有兩套總線連接大奧該RAM：一套總線是RTL8019AS讀寫該RAM，即本地DMA；另一套總線是單片機讀寫該RAM，即遠程DMA。（2）另一塊只有32字節(jié)，地址為0x0000~0x001f，稱為Prom頁，存儲有本網(wǎng)卡芯片的以太網(wǎng)物理地址，其中地址0x0000~0x000b共12個字節(jié)存放以太網(wǎng)物理地址，0x000b后面的地址存儲的是生產(chǎn)廠商的代碼和產(chǎn)品標識代碼。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。生產(chǎn)廠商和產(chǎn)品標識代碼也是單雙地址重復(fù)存儲的。值得一提的是網(wǎng)卡地址是唯一的，且一旦某一網(wǎng)卡生產(chǎn)出來之后，該網(wǎng)卡芯片的物理地址就固定了，是不能改變的。（3）RTL8019AS具有32為I/O地址，地址偏移量為0x00~0x1f（本例中對應(yīng)于0x300~0x31f）。（4）其中0x00~0x0f共16個地址為寄存器地址。寄存器分為4頁：Page0~Page3，由RTL8019AS的命令寄存器(CR)中的PS0、PS1為來決定要訪問的頁。0x10~0x17為遠程DMA地址，都可以用來作為遠程DMA端口，使用其中一個即可，本課題選用0x10。這樣，微控制器通過讀寫端口0x10即可實現(xiàn)對RTL8019AS內(nèi)部緩沖區(qū)的訪問。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。 RTL8019AS內(nèi)部寄存器簡介寄存器的設(shè)置和使是RTL8019AS應(yīng)用的關(guān)鍵。RTL8019AS的寄存器大致可分為兩組，一組稱為NE2000寄存器組，另一組稱為PnP組。因為本設(shè)計不涉及即插即用功能，故PnP寄存器不予詳細敘述。 NE2000寄存器組分為4頁，由寄存器CR中的PS0和PS1加以選擇。其中0x00~0x1f是控制寄存器。0x10~0x17是遠程DMA控制寄存器。0x18~0x1f是Reset寄存器，8個Reset口的作用是相同的。： 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，允許或禁止遠程DMA以及發(fā)出各種命令?？赡苁蔷幊讨惺褂米铑l繁的寄存器。位符號簡述6PSPS0表示寄存器頁。0~2頁：NE2000兼容；3頁：RTL8019AS配置5~3RD2~0000——非法；001——遠程讀；010——遠程寫。011——發(fā)送包； 1——遠程DMA完成/退出。2TXP發(fā)送包時必須置位。發(fā)送完成或退出時內(nèi)部復(fù)位。寫零無效。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。職位時既不發(fā)送也不接收。2. ISR：中斷狀態(tài)寄存器(O7H；類型：0頁讀寫)該寄存器反映網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)的狀態(tài)，主控機通過讀取其狀態(tài)定中斷源。位符號簡述7RST當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)進入復(fù)位狀態(tài)時置位，而向CR發(fā)出啟動命令時清零。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。6RDC遠程DMA完成時置位5CNT在一個或多個網(wǎng)絡(luò)故障計數(shù)器(tally counters)的最高位為1時置位4OVW接收緩存用盡時置位3TXE發(fā)送出錯位，當(dāng)一個包由于沖突過多而退出時置位2RXE當(dāng)包接收出現(xiàn)CRC、幀對位或幀丟失等錯誤時置位1PTX表示包發(fā)送無誤0PRX表示包接收無誤3. IMR：中斷屏蔽寄存器(0FH；類型：0頁寫，2頁讀)各位與ISR對應(yīng)。上電時全0，某位置1開放對應(yīng)的中斷。4. DCR：數(shù)據(jù)配置寄存器(0EH；類型：0頁寫，2頁讀)5. TCR：發(fā)送配置寄存器(0DH；類型：0頁寫，2頁讀)位76543210符號111OFSTATDPB1PB0CRC其中：CRC禁止或允許發(fā)送時的CRC邏輯。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)。位76543210符號OWCCDH1CRSABTCOL1PTX其中：ABT一表示網(wǎng)絡(luò)接口控制器由于過多沖突而退出發(fā)送。COL一表示發(fā)送與網(wǎng)絡(luò)中其它站點發(fā)生碰撞。PTX一表示發(fā)送完成無誤。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。4PRO置位時所以具有物理地址的包均接受。清零時只接受與節(jié)點地址匹配的包3AM置位時接受具有多發(fā)目標地址的包，清零時拒絕接受多發(fā)目標地址址包2AB置位時接受具有廣播目標地址的包，清零時拒絕接受廣播目標地址包。1AR置位時接受長度少于64字節(jié)的包，清零時拒絕接受長度少于64字節(jié)的包。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。8. RSR：接收狀態(tài)寄存器(0CH；類型：0頁讀)位符號簡述7DFR延遲。檢測到載波或碰撞時置位6DIS禁止接收。當(dāng)NIC處于監(jiān)控模式時置位且禁止接收。退出監(jiān)控允許接收時清零。5PHY接收包為多發(fā)或廣播目標地址時置位。為物理目標地址時清零。4MPA包丟失位。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。3——總為12PAE幀對齊出錯，表示輸入包未在字節(jié)邊界終止，CRC與邊界字節(jié)不符1CRCCRC出錯0PRX包接收無誤 與DMA有關(guān)的寄存器1. CLDA0，1：當(dāng)前本地DMA寄存器(0lH與02H；類型：0頁讀)從這兩個寄存器可讀出當(dāng)前本地DMA地址。2. PSTART：起始頁寄存器(01H；類型：0頁寫，2頁讀)該寄存器設(shè)置接收環(huán)形緩存的起始頁地址。3. PSTOP：終止頁寄存器(02H；類型：0頁寫，2頁讀)該寄存器設(shè)置接收環(huán)形緩存的終止頁地址。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。一般用作一個指針來指示主機己出的最后一個環(huán)形緩存頁。5. TPSR：發(fā)送起始頁寄存器(04H；類型：0頁寫)該寄存器設(shè)置發(fā)送包的起始頁地址。6. TBCR0，1：發(fā)送字節(jié)數(shù)寄存器(05Hamp。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)。7. NCR：碰撞數(shù)寄存器(05H；類型：0頁讀)該寄存器記錄節(jié)點在一次包發(fā)送中遭遇的碰撞次數(shù)。8. FIFO：先進先出寄存器(06H；類型：0頁讀)該寄存器允許主機在產(chǎn)生回環(huán)后審查FIFO的內(nèi)容。9. CRDA0，l：當(dāng)前遠程DMA地址寄存器(08H和09H：類型：0頁讀)這兩個寄存器包含遠程DMA的當(dāng)前地址。10. RSAR0，1：遠程起始地址寄存器(08Hamp。09H；類型：0頁寫)這兩個寄存器設(shè)置遠程DMA的起始地址。11. RBCR0，l：遠程字節(jié)數(shù)寄存器(0AHamp。0BH；類型：0頁寫)這兩個寄存器設(shè)置遠程DMA的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。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)包的目標地址進行比較，而確定接受還是拒絕。16. CURR：當(dāng)前頁寄存器(07H；類型：1頁讀寫)該寄存器指向擬接受包的第一個緩存頁的頁地址。17. MAR07：多發(fā)地址寄存器(08H~0FH；類型：1頁讀寫)這些寄存器提供由CRC邏輯哈希壓縮的多發(fā)地址的過濾位。單片機嵌入TCP/IP的硬件部分涉及到單片機與網(wǎng)卡控制器的接口，他也屬于TCP/IP協(xié)議鏈路層設(shè)計，是協(xié)議實現(xiàn)的硬件平臺；本課題選擇的方案硬件電路簡單，外圍器件也比較少，相對來說成本低廉[7]。（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。主處理器選用Atmel公司的51單片機芯片AT89C52,它能夠滿足需求，而且極為常用，價格便宜，易于獲取。地址鎖存器用于實現(xiàn)單片機的地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用，選用常用的鎖存芯片74LS373。外部RAM選用32K字8位高速CMOS靜態(tài)RAM芯片HM62256。以太網(wǎng)芯片采用Realtek公司的RTL8019AS。此外，以下器件也是必不可少的：（1）網(wǎng)絡(luò)變壓器網(wǎng)卡控制器與以太網(wǎng)不能直接相連，要通過網(wǎng)絡(luò)變壓器，本課題選用中山漢仁司的HR61101G作為隔離濾波器件，它起的主要作用是：隔直通交，避免雙絞線上的直流電平干擾網(wǎng)卡芯片的工作點；同時，利用變壓器自身的通頻帶限制高頻干擾。（2）串行E2PROMX5045本課題采用的X5045是帶有串行E2PROM的CPU監(jiān)控器，具有3個功能：FLASH、復(fù)位、看門狗。復(fù)位功能對單片機和網(wǎng)卡控制器進行復(fù)位。存儲器功能存儲用戶的一些設(shè)置，如MAC地址、IP地址等。SI、SO、SCK引腳分別與單片機的INTT0、T1相