【導讀】展，嵌入式系統(tǒng)在遠程控制領(lǐng)域的應用前景越來越廣泛。利用8位AT89C52單片機提。利用實驗總結(jié)、查閱資料、模擬仿真等方法，解決了嵌入式設備與以。太網(wǎng)絡的連接的理論基礎問題。以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動化與工業(yè)自動化的。低成本、低功耗、可靠連接網(wǎng)絡的目的。

　　

【正文】 BS4]72BA1573BA14[PL0]74BCSB75EECS76BD7[PL1][EEDO]77BD6[IRQS0][EEDI]78BD5[IRQS1][EESK]79BD4[IRQS2]80B D 3 [ I O S 0]81B D 2 [ I O S 1]82B D 1 [ I O S 2]84G N D83B D 0 [ I S O 3]85G N D86S D 1 587S D 1 488V D D89S D 1 390S D 1 291S D 1 192S D 1 093S D 994S D 895I O C S 1 6B [ S L O T 1 6]96I N T 7[ I R Q 15 ]97I N T 6[ I R Q 12 ]98I N T 5[ I R Q 11 ]99I N T 4[ I R Q 10 ]10 0U4R T L 80 19 A SV C CV C CR227 kV C CV C CV C CV C CY220 MC922 pfC822 pfT P O U T T P O U T +TPIN+TPINA0A1A2A3A4V C C/RD/WRR S TLED_LINKLED_CRSR5 1kR6 1kD1L E D C R SD2L E D L I N KL E D _C R SL E D _L I N KV C CCS1SK2DI3DO4G N D5NC6NC7V C C8U593 C 4 6V C CEESKEEDIEECSEEDOE E D OE E D IE E S KE E C SD0D1D2D3D4D5D6D7A15C 130. 01 ufC 140. 01 ufC 150. 01 ufV C C+C710 uf 圖 53 RTL8019AS 與程序存儲器的接口電路設計 以太網(wǎng)端口 RJ— 45電路與網(wǎng)絡變壓器設計 93C46 是采用 4 線 SPI 串行接口的 E2PROM，容量為 1K，主要保存 RTL8019AS的配置信息。 00H～ 03H 的 地址空間用于存儲 RTL8019AS 內(nèi)配置寄存器的上電初始化值 。地址 04H～ 11H 存儲網(wǎng)絡節(jié)點地址。 TL8019AS 通過引腳 EECS、 EESK、 EEDI 控制 93C46 的 CS、 SK、 DI 引腳，通過 EEDO 接收 93C46 的 DO 引腳的狀態(tài)。 RTL8019AS復位后讀取 93C46 的內(nèi)容并設置內(nèi)部寄存器的值，如果 93C46 中內(nèi)容不正確，RTL8019AS 就無法正常工作。先通過編程器把配置好的數(shù)據(jù)寫入 93C46，再焊入電路。以太網(wǎng)端口 RJ— 45 的電路與網(wǎng)絡變壓器的設計如圖 54 所示。 網(wǎng)卡控制器與以太網(wǎng)不能直接相連，要 通過網(wǎng)絡變壓器，本課題選用中山漢仁公司的 20F001N 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；同時，利用變壓器自身的通頻帶限制高頻干擾。 21 圖 54 以太網(wǎng)端口 RJ— 45 的電路設計 123678 91011141516U620F001NC 1 80 .0 1 u fC 1 90 .0 1 u fC 2 00 .0 1 u fC 2 10 .0 1 u fTX+1TX2RX+3 4 5RX6 7 8R J 4 5G N D AT P I N T P I N +T P O U T +T P O U T R449R349C?0 .0 1 u fR7 10R8 10C 1 60 .0 1 u fC 1 70 .0 1 u fC 2 20 .0 1 u fG N D A 22 6 系統(tǒng)軟件設計 RTL8019AS驅(qū)動程序設計 RTL8019AS 驅(qū)動程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)包按指定格式寫入芯片并啟動發(fā)送命令，RTL8019AS 會自動把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸。反之， RTL8019AS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。簡言之就是 RTL8019AS 完成數(shù)據(jù)包和電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)協(xié)議由芯片硬件自動完成， RTL8019AS 的程序相對比較透明。驅(qū)動程序包括 3 個部分，用 3 個函數(shù)實現(xiàn)，即芯片初始化函數(shù)、報文發(fā)送函數(shù)、報文接收函數(shù)。下面將分別介紹其功能和實現(xiàn) [11]。 RTL8019AS的復位 80C52 的 連接 RTL8019AS 的 RESDRV 來進行復位操作。 RSTDRV 為高電平有效，至少需要 800ns 的寬度。給該引腳旋加一個 1μ s 以上的高電平就可以復位。施加一個高電平后，然后施加一個低 電平。復位過程將執(zhí)行一些操作，至少需要 2ms 的時間，推薦等待更久的時間之后如 100ms 之后才對它操作，以確保完全復位。 RTL8019AS的初始化 初始化函數(shù)用于對 RTL8019AS 進行初始化操作。在初始化操作之前需要對RTL8019AS 進行熱復位操作和 ISR 寄存器的清零操作。然后開始 RTL8019AS 的初始化操作 [12]。初始化步驟如下： ? CR=0x21，選擇頁 0 的寄存器； ? TPSR=0x45，設置發(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； ? PSTART=0x45， PSTOP=0x80，構(gòu)造緩沖環(huán)： 0x4c— 0x80； ? BNRY=0x4C，設置讀指針； ? RCR=0xCC，設置接收配置寄存器，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。 ? TCR=0xE0，設置發(fā)送配置寄存器，啟用 CRC 自動生成和自動校驗，工作在正常模式； 23 ? DCR=0xC8，設置數(shù)據(jù)配置寄存器，使用 FIFO（ Final Input Final Output）緩存，普通模式， 8 位數(shù)據(jù)傳輸，字節(jié)順序為高位字節(jié)在前， 低位字節(jié)在后； ? IMR=0x00，設置中斷屏蔽寄存器，屏蔽所有中斷； ? CR=0x61，選擇頁 1 的寄存器； ? CURR=0x4D， CURR 是 RTL8019AS 寫內(nèi)存的指針，指向當前正在寫的頁的下一頁，初始化時指向 0x4C+1=0x4D； ⑴ 設置多址寄存器 MAR0— MAR5，均設置為 0x00； ⑵ 設置網(wǎng)卡地址寄存器 PAR0— PAR5； ⑶ CR=0x22，選擇頁 1 的寄存器，進入正常工作狀態(tài)。 報文的發(fā)送 報文發(fā)送函數(shù)的主要功能就是將 IP 或 ARP 協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)報文用以太網(wǎng)幀頭封裝，發(fā)送出 去。其流程圖如圖 61 如下所示。其步驟大致可分為： 圖 61 以太網(wǎng)發(fā)送報文流程圖 Y N 寫入源物理地址 更新發(fā)送緩沖區(qū)標志 選定發(fā)送緩沖區(qū)起始地址 上 次發(fā)送完畢？ 重發(fā) 6 次 發(fā)送數(shù)據(jù) 指定發(fā)送長度 向發(fā)送緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù) 結(jié) 束 開 始 Length = 60 N 24 在前文詳細介紹了 RTL8019AS 的內(nèi)部 RAM 結(jié)構(gòu)：它的內(nèi)部有 16K 字節(jié)的 RAM，地址為 0x4000— 0x7FFF，每 256 個字節(jié)稱為一頁，頁號為 0x40— 0x80。系統(tǒng)中使用0x40— 0x4B 為發(fā)送緩沖區(qū)，共 12 頁，剛好可以存儲 2 個最大的以太網(wǎng)包。使用 0x4C— 0x7F 為接收緩沖區(qū)，共 52 頁。發(fā)送報文時在 RTL8019AS 里面定義了兩個能存儲最大以太網(wǎng)報文的緩沖區(qū)，把前 6 頁 0x40— 0x45 定義為發(fā)送緩沖區(qū) 1，接下來的 6 頁 0x46— 0x4B 定義為發(fā)送緩沖區(qū) 2，定義了一個指針指向當前的發(fā)送緩沖區(qū) [13]。 報文的接收 接收報文的函數(shù)流程圖如圖 62 所示。 圖 62 以太網(wǎng)接收報文流程圖 N Y 開始 清中斷標志 讀取包頭 是否有新數(shù)據(jù) 讀取讀頁指針（ BNRY） 讀取寫頁指針（ CURR） 接受是否正確 IP 或 ARP 報文否？ 讀取數(shù)據(jù) 置接受正確標志 結(jié)束 丟棄 數(shù)據(jù)包更新標志 N N Y Y 25 系統(tǒng)使用 0x4C0x7F 作為接收緩沖區(qū)，共 52 頁。接收到得第一個數(shù)據(jù)包由 CURR決定。控制接收緩沖區(qū)的有兩個寄存器 CURR 和 BNRY。 CURR 是網(wǎng)卡寫緩沖區(qū)的指針，指向此時要寫的頁。 BNRY 是讀指針，指向用戶已經(jīng)讀走的頁。初始化時使BNRY=CURR1。而芯片正在讀取的數(shù)據(jù)字節(jié)位置可由 CLDA CLDA0 判斷。系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)報采用查詢方式，具體步驟如下： ? 由 CURR 和 BNRY 這兩個寄存器來判斷是否有新的報文到達。若 BNRY≠CURR1，則說明有新的數(shù)據(jù)報文到達，準備讀取及判斷數(shù)據(jù)，否則說明沒有新的數(shù)據(jù)報文，則退出。 ? 若有報文到達，判斷報文是否正確。主要是判斷接收到報文后，芯片自動計算的 CRC 校驗是否正確，若沒有出錯標志，則說明報文接收正確。 ? 接收到正確的報文后，讀出報文到系統(tǒng)緩沖區(qū)，否則丟棄。 ? 對正確的報文進行協(xié)議分析，系 統(tǒng)只處理兩種報文： ARP 報文和 IP 報文，若判斷出是以上兩種報文，則置位相應標志位，以待后續(xù)模塊處理。否則丟棄該報文。 TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn) 由于本課題是基于 TCP/IP 協(xié)議的單片機通訊系統(tǒng)的設計，所以必須對 TCP/IP 協(xié)議棧進行必要的簡化。我們保留四個主要的協(xié)議，即 ARP 協(xié)議、 IP 協(xié)議、 ICMP 協(xié)議、TCP 協(xié)議。應用層協(xié)議我們采用 HTTP 協(xié)議。下面將分別介紹這些協(xié)議的實現(xiàn)方法。 地址解析協(xié)議 ARP的是實現(xiàn) 整個 ARP 處理過程，主要分為五個 函數(shù)，包括 ARP 初始化、 ARP 請求、 ARP 應答、 ARP 包處理、 IP 包接收預處理。在實現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動程序后，所有 ARP 處理操作就是填寫 ARP 包。處理過程間圖 63 所示，各函數(shù)功能如下： ? ARP 初始化函數(shù)完成 ARP 表的初始化，概括的說就是 ARP 表 Timer 字段清 0。 ? ARP 請求函數(shù)完成 ARP 請求操作。 ARP 協(xié)議要求程序根據(jù)子網(wǎng)掩碼判斷 IP地址是否屬于同一子網(wǎng)，如果在同一子網(wǎng)內(nèi)， ARP 請求目的 MAC 地址，否則請求默認網(wǎng)關(guān)的 MAC 地址。發(fā)送 ARP 請求時由于不知道對方的物理地址，在設置好本機 IP地址、本機物理地址 和目的 IP 地址后，須將目的物理地址字段設置為廣播地址，再由收到該請求的主機填充該字段。 ? ARP 應答函數(shù)比較簡單，除目的端硬件的所有其他的字段都有填充值。當系統(tǒng)收到一份目的端為本機 ARP 請求報文后，它就把硬件地址填充進去，然后用兩個目的端地址分別替換兩個發(fā)送端地址，并把操作字段置 2，最后把它發(fā)送回去。 26 ? ARP 包處理函數(shù)完成對接收到的 ARP 應答包的信息處理，主要是進行 ARP 表的學習和更新，以及喚醒 IP 層的等待發(fā)送報文調(diào)度函數(shù)。 ? IP 包接收預處理函數(shù)用于提取 IP 報文的地址映射信息，以便主動學習和及時更 新。程序不主動學習不是發(fā)給自己 IP 地址的 MAC 地址信息，因為單片機可以擴展的資源有限， ARP 表占用的內(nèi)存的容量不能太大，所以只有頻繁用到的地址才應該放在 ARP 表中，否則一旦出現(xiàn)“顛簸”， ARP 表就失效了。 圖 63 ARP 報文處理流程圖 網(wǎng)絡層 IP 協(xié)議的實現(xiàn) 在介紹系統(tǒng)中 IP 協(xié)議的實現(xiàn)之前，首先要介紹一下系統(tǒng)的參數(shù)設置。參數(shù)包括本機的 IP 地址、本機的物理地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)的 IP 地址、自定義端口號、基于 TCP應用的目的 IP 地址與目的端口號以及協(xié)議類型的設置。這些參數(shù)都需要