【正文】 數(shù)據(jù)給主機(jī)，以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序必須知道目的端的硬件地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 ARP協(xié)議概述每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都有自己的一個(gè)硬件地址，在硬件層次上進(jìn)行的數(shù)據(jù)幀交換必須有正確的接口地址。鏈路層通常包括計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡及其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它們一起處理與電纜(或其它任何傳輸媒介)的物理接口細(xì)節(jié)，完成網(wǎng)絡(luò)上物理幀的傳輸。為此，以太網(wǎng)的幀首部也有一個(gè)16bit的幀類型域。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的物理特性是其長(zhǎng)度必須在46～1500字節(jié)之間。應(yīng)用程序TCPIP以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP首部IP首部應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP首部IP首部以太網(wǎng)首部以太網(wǎng)尾部 用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)Appl首部應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP首部 TCP段IP數(shù)據(jù)報(bào) 14 20 20 4 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)幀 46～1500字節(jié)圖32數(shù)據(jù)進(jìn)入?yún)f(xié)議棧時(shí)的封裝過程圖32中幀頭和幀尾下面所標(biāo)注的數(shù)字是典型以太網(wǎng)幀首部的字節(jié)長(zhǎng)度。IP傳給網(wǎng)絡(luò)接口層的數(shù)據(jù)單元稱作IP數(shù)據(jù)報(bào)（IP datagram）。其中每一層對(duì)收到的數(shù)據(jù)都要增加一些首部信息（有時(shí)還要增加尾部信息）,。本文僅介紹與嵌入式WEB SERVER編程密切相關(guān)的部分：TCP/IP協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)及其報(bào)文格式。一般在單片機(jī)里只實(shí)現(xiàn)與需要有關(guān)的部分，不使用的協(xié)議一概不支持。由于指令的原因，以及資源上的原因，在UNIX上實(shí)現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議的源代碼并不能直接移植到8位的單片機(jī)上。W29C040為32腳DIP封裝芯片，工作電壓為5V，內(nèi)部 512K * 8位的快速閃存，它的結(jié)構(gòu)為256字節(jié)為一頁，每頁的擦寫時(shí)間為5mS，整片擦除時(shí)間為50mS。 圖24接口電路 FLASH芯片F(xiàn)LASH又名閃存，屬于EEPROM，即電可擦除可編程的存儲(chǔ)器。 RS232串行通信接口電路PC機(jī)與單片機(jī)通信的RS232通信接口電路原理圖24所示：C8051F020的TX0與RX0腳連接在RS232接口芯片上MAX232E上。SD鎖存器74HC373的DATAO一DATA7接單片機(jī)的P7口，/OE接地，LE接單片機(jī)的ALE。同時(shí)外部RAM也用作串行口的輸入輸出緩沖，以使單片機(jī)可以較快地吞吐數(shù)據(jù)(用網(wǎng)卡上的RAM來代替62256會(huì)影響速度)。 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256和鎖存器74HC573使用外部RAM 62256的目的是提高單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速度和進(jìn)行復(fù)雜的TCP/IP處理。（只用到8位數(shù)據(jù)總線，SD 8~ SD 15 不接）上表22為讀寫操作、復(fù)位操作對(duì)應(yīng)的連接表23 RTL8019AS網(wǎng)卡接口電路所使用的總線信號(hào)信 號(hào) 線引 腳數(shù) 據(jù) 信 號(hào) 線SD0~SD15地 址 信 號(hào) 線SA0~SA19地 址 允 許 線AENI/O通 道 準(zhǔn) 備 好 信 號(hào) 線IOCHRDY復(fù) 位 信 號(hào) 線RESETDRVI/O 讀 信 號(hào)/IORI/O 寫 信 號(hào)/IOWI/O 片 選16位 信 號(hào)/IOCS16時(shí)鐘電路通過TT2接口一個(gè)20MHz晶振以及2個(gè)電容，實(shí)現(xiàn)全雙工方式。Pin 96IOCS16采用電阻下拉該引腳，復(fù)位時(shí)刻腳為低電平，選擇8位模式。連接表以及總線信號(hào)見表22。在上文中已經(jīng)談到硬件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)注意問題，這里就不累敘，下面就簡(jiǎn)單給出RTL8019AS引腳的兩個(gè)連接表，以及幾個(gè)需要強(qiáng)調(diào)的引腳。RTL8019AS上的其它15根地址線按照I/O基地址的設(shè)置（0B000000000011000XXXXX）分別接地或者高電平。C8051F020雖然可以直接讀寫寄存器組，但是卻不能直接讀寫雙口RAM，需要通過遠(yuǎn)程DMA端口間接訪問雙口RAM，（遠(yuǎn)程DMA地址包括10H～17H），C8051F020先在寄存器組中設(shè)置緩沖區(qū)地址和字節(jié)計(jì)數(shù)器，然后通過循環(huán)讀寫遠(yuǎn)程DMA端口，把數(shù)據(jù)傳送到雙口RAM的緩沖區(qū)，或從其中讀取出來。通過設(shè)置CR寄存器中最高兩位來決定要訪問的頁。這些是和NE2000兼容的寄存器件，和RTL8019AS本身設(shè)置相關(guān)的寄存器放在PAGE3里，PAGE3是RTL8019AS自己定義的，對(duì)于其它兼容NE2000的芯片如DM9008無效。其中PAGE0頁的寄存器在讀和寫的情況下，意義是不同的。， I/O地址分配RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H～1FH。RTL8019AS有20根地址線，但是真正能夠?qū)ぶ返姆秶挥校?X00300～0X0031F這32個(gè)地址。另一套總線是單片機(jī)讀或?qū)懺揜AM,即遠(yuǎn)程DMA。要接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM。一般將RAM的前12頁（即0X4000~0X4BFF）存儲(chǔ)區(qū)作為發(fā)送緩沖區(qū)；后52頁（即0X4C00～0X7FFF）存儲(chǔ)區(qū)作為接收緩沖區(qū)。一塊16K字節(jié)，地址為0X4000～0X7FFF；一塊32字節(jié)，地址為0X0000~0X001F。RTL8019AS的本地DMA操作是由控制器本身完成的，而其遠(yuǎn)程DMA并不是在無處理器的參與下，數(shù)據(jù)能自動(dòng)移到主處理器的內(nèi)存中，它的操作機(jī)制是這樣的：主處理器先賦值與遠(yuǎn)程DMA的起始地址寄存器RSAR0、RSAR1和字節(jié)計(jì)數(shù)器RR0、RBCR1,然后在RTL8019AS的DMA I/O地址上讀寫指定地址上的數(shù)據(jù)。RTL8019AS網(wǎng)卡的第65腳一般為懸空，此時(shí)引腳的輸入伏態(tài)為低電平(懸空輸入腳的電平為低電平，因片內(nèi)接有一個(gè)100 kΩ的下拉電阻)。網(wǎng)卡使用何種方式由RTL8019AS的輸入引腳的第65腳JP決定。跳線方式，網(wǎng)卡的I/O地址和中斷都由跳線決定；RTL8019AS支持三種工作方式:RTL8019AS接收到的數(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC校驗(yàn)后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標(biāo)志的方式通知主處理器。本地DMA接口是把RTL8019AS與網(wǎng)線的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換，用于控制器內(nèi)部。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖23所示：即插即用（PnP）8K16SRAMBoot ROM端口EEPROM端口MAC邏輯ENA(編碼譯碼)邏輯AUI接口雙絞線接口 圖 23 RTL8019AS內(nèi)部結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程DMA接口是指：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)RTL8019AS內(nèi)部RAM進(jìn)行讀寫的總線，用于和主處理器通信。會(huì)自動(dòng)測(cè)接口類型是用同軸電纜還是雙絞線。使用BNC接口，將該引腳懸空即可。網(wǎng)卡的接口一般是BNC的。其中P0口的8位數(shù)據(jù)總線直接和RTL8019AS的低8位數(shù)據(jù)線相連。（6）考慮到系統(tǒng)硬件資源緊張的問題，在接口設(shè)計(jì)中， RTL8019AS的66引腳PNP懸空時(shí)，輸入狀態(tài)為低電平，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部已經(jīng)接了一個(gè)100K的下拉電阻。（4）BROM：未用到BROM，引腳776667懸空即可。（3）網(wǎng)絡(luò)接口類型：由777（PL0、PL1）引腳決定，使用自動(dòng)檢測(cè)。全部懸空時(shí)選擇IRQS0。2．1C8051F020與RTL8019AS接口電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題：（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擁有控制、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器，通過它們單片機(jī)可以與8019通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的收發(fā)。8019具有兩套總線：一套用于和主處理器通信，稱為遠(yuǎn)程DMA。SD0～SD7是網(wǎng)卡的8位數(shù)據(jù)線，接單片機(jī)的P7口。RTL8019AS工作于8位和16位兩種模式IOCS16B接地，選擇8位模式。（4）支持8/16位數(shù)據(jù)總線，8個(gè)中斷申請(qǐng)線以及16個(gè)I/O基地址選擇，允許4個(gè)診斷LED引腳可編程輸出。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。Realtek網(wǎng)卡芯片RTL8019的主要特點(diǎn)為：（1）價(jià)格便宜，NE2000兼容，符合Ethernet （10BASE5,10BASE2,10BASET）標(biāo)準(zhǔn)。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。（3）具有22個(gè)中斷源，可同時(shí)使用硬件SMBUS、SPI兩個(gè)UART串口。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。單片機(jī)的選擇主要考慮內(nèi)存大小，是為了讓單片機(jī)有足夠大的RAM空間來處理至少一個(gè)以太網(wǎng)幀，通過比較，選擇Cygnal C8051F020；Ethernet接口電路采用以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS實(shí)現(xiàn)。 MCU與計(jì)算機(jī)之間通過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)之間是通過采用無屏蔽雙絞線的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。FLASHC8051F020RTL8019ASPM34_1006MRJ45接口JTAGMAX232RS232接口SRAM圖 2－1 硬件系統(tǒng)框圖接口電路主要由MCU、網(wǎng)絡(luò)控制器、傳輸接口等構(gòu)成。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。該方案中復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。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)用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問的服務(wù)器。此種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師完全不必考慮任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只需要解釋并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)芯片傳送過來的指令和數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接。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。嵌入式Web服務(wù)器的軟件主要由芯片初始化設(shè)置、TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集及處理等模塊組成。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。當(dāng)然，還可以根據(jù)需要附加其它的協(xié)議功能。基于TCP/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。接收IP包接IP包，送TCP層接TCP包，送應(yīng)用層WEB SERVER處理請(qǐng)求信息傳送數(shù)據(jù)到RTL8019AS發(fā)送緩沖區(qū)＝0？TCP 打 包IP 打 包開 始初 始 化接收緩沖區(qū)＝0？ N YY 圖 11單片機(jī)處理流程圖在建立起相應(yīng)的硬件連接后，就可以根據(jù)不同的硬件特點(diǎn)，選用不同的開發(fā)工具和開發(fā)語言進(jìn)行Web Server的軟件設(shè)計(jì)工作?；貜?fù)信息到局域網(wǎng)的過程與上面正好相反。數(shù)據(jù)的流向?yàn)?請(qǐng)求信息從局域網(wǎng)中來，通過RJ 45送到RTL80l9AS，處理后的數(shù)據(jù)包送入單片機(jī)系統(tǒng)的協(xié)議棧，由協(xié)議棧對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到原始請(qǐng)求信息。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。嵌入式系統(tǒng)接入Internet以后，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、維護(hù)和升級(jí)，而且從另外一層意義上講，接入Internet的設(shè)備己經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)共享資源的一部分，可以說這是電子設(shè)備智能化以來設(shè)計(jì)思想的又一次飛躍。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話題。同時(shí)，隨著Internet的普及，現(xiàn)代通信技術(shù)的進(jìn)步，基于TCP/IP和Client/ Server架構(gòu)的分布式監(jiān)控技術(shù)也日趨成熟。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。缺點(diǎn)是增加了開發(fā)難度，技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有一定困難。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)議來實(shí)現(xiàn)Internet的接入功能。這樣雖然可以使嵌入式儀器連到Internet,但必須用一臺(tái)PC機(jī)或類似PC機(jī)的設(shè)備作為網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，即把其它協(xié)議的信息轉(zhuǎn)換成適合在Internet上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。它由低檔8位機(jī)組成嵌入式儀器，采用專用網(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)專用網(wǎng)。但其缺點(diǎn)也是明顯的，32位微處理器開發(fā)難度大，開發(fā)工具昂貴，并且大多用在高端產(chǎn)品里，在成本較低的嵌入式系統(tǒng)里現(xiàn)在用的還比較少。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)。嵌入式產(chǎn)品成為信息產(chǎn)業(yè)的主流。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