【正文】 研究與設(shè)計(jì) 3 光導(dǎo)纖維電纜簡(jiǎn)稱光纖電纜或光纜。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，光纜具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。包層和護(hù)套層組成。 光纖通信具有許多優(yōu)點(diǎn)，首先是傳輸速率高，目前實(shí)際可達(dá)到的傳輸速率為幾十至幾千 Mbit/s：其次是抗電磁干擾能力強(qiáng)，重量輕，體積小，韌性好，安全保密性高等。光纖的最大問(wèn)題是與其他傳輸介質(zhì)相比，價(jià)格昂貴。 局域網(wǎng)的主要應(yīng)用技術(shù) 局域網(wǎng)概述 局域網(wǎng)是一種小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源共享的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ,它具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,投資少 ,數(shù)據(jù)傳輸速率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn) . 決定局域網(wǎng)特性的三個(gè)主要技術(shù)是 :傳輸介質(zhì) ,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和信道訪問(wèn)協(xié)議 .在這三種技術(shù)中最為重要的是信道訪問(wèn)協(xié)議 ,它對(duì)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量 ,響應(yīng)時(shí)間 ,傳輸效率等網(wǎng)絡(luò)特性起著十分重要的作用 . CSMA/CD 訪問(wèn)控制方式 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection),即載波監(jiān)聽多路訪問(wèn) /沖突檢測(cè) ,是一種爭(zhēng)用型的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議 .網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收 .每個(gè)站 點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前 ,首先要進(jìn)行載波監(jiān)聽 ,只有介質(zhì)空閑時(shí) ,才允許發(fā)送幀 .這時(shí) ,如果兩個(gè)以上的站同時(shí)監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀 ,則會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象 .每個(gè)站必須有能力隨時(shí)檢測(cè)沖突是否發(fā)生 ,一旦發(fā)生沖突 ,則應(yīng)停止發(fā)送 ,然后隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間后 ,再重新爭(zhēng)用介質(zhì) ,重發(fā)該幀 . 我們把檢查信道上有無(wú)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸稱為 載波監(jiān)聽 ,而把同時(shí)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在監(jiān)聽信道是否空閑和發(fā)送數(shù)據(jù) ,稱為 多路訪問(wèn) . 校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 4 令牌的含義 :令牌是一種特殊的控制幀 ,其特點(diǎn)是 :①一個(gè)環(huán)只有一個(gè)令牌 。③令牌繞環(huán)行駛 . TokenRing 基本原理 TokenRing 是一種適用于環(huán)型拓?fù)涞姆植际浇橘|(zhì)訪問(wèn)控制方法 .這種介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)使用一種稱為令牌的特殊幀沿著環(huán)網(wǎng)循環(huán) .當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ,必須等待空令牌通過(guò)本站 ,然后將空令牌改為忙令牌 ,緊跟著忙令牌之后 ,把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到環(huán)網(wǎng)上 .由于令牌是忙狀態(tài) ,其他站必須等待而不能發(fā)送數(shù)據(jù) .因此 ,也就不可能產(chǎn)生任何沖突 . 令牌總線訪問(wèn)控制方式 令牌總線是令牌控制方式在總線結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用 .其特點(diǎn)是 :物理上是總線結(jié)構(gòu) ,邏輯上是令牌環(huán) .在 令牌總線中 ,總線上的站不能像 CSMA/CD 那樣隨機(jī)地訪問(wèn)總線 ,而只有令牌持有者才能訪問(wèn)總線 .令牌的傳遞不是按站的物理順序 ,而是按邏輯順序 .如右圖所示 .站點(diǎn) A→B→E→D→A 構(gòu)成一邏輯環(huán) .另外 ,稱邏輯環(huán)外的站點(diǎn)為非活動(dòng)站 。 10 BASE2 以太網(wǎng)是采用 標(biāo)準(zhǔn) ,它是一種 典型的總線型結(jié)構(gòu) ,如下圖所示 .采用細(xì)纜為傳輸介質(zhì) ,通過(guò) T 型接頭與網(wǎng)卡上的 BNC 接口相連的總線型網(wǎng)絡(luò) . 一個(gè)細(xì)纜以太網(wǎng)電纜段長(zhǎng)度超過(guò) 185米或工作站個(gè)數(shù)多于 30個(gè)時(shí) ,應(yīng)采用支持BNC 接口的中繼器來(lái)延長(zhǎng)距離 ,或增加節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù) .使用 4 個(gè)中繼器的細(xì)纜以太網(wǎng)的最大長(zhǎng)度可達(dá)到 925 米 . 10 BASET 是采用無(wú)屏蔽雙絞線 (UTP)作為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng) ,其標(biāo)準(zhǔn)為 (HUB),采用 RJ45 連接頭實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 5 ATM 組網(wǎng)技術(shù) ATM 的基本概念 ： 異步傳輸模式 AT M(Asynchronous Transfer Mode)是一種快速分組交換技術(shù) ,它是以信元為信息傳輸和交換的基本單位 ,是一種面向連接的交換技術(shù) .為了簡(jiǎn)化信元的傳輸控制 ,在 ATM 中采用了固定長(zhǎng)度的信元 ,規(guī)定為 53 字節(jié) ,其中信元頭 5 個(gè)字節(jié) ,信息段 48 個(gè)字節(jié) . ATM 局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) ： 以 ATM 交換機(jī)為中心連接計(jì)算機(jī)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)叫 ATM 局域網(wǎng) 。 ATM是將分組交換與電路交換優(yōu) 點(diǎn)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,可以工作在任何一種不同的速度 ,不同的介質(zhì)和使用不同的傳送技術(shù) ,適用于廣域網(wǎng) ,局域網(wǎng)場(chǎng)合 ,可在局域網(wǎng) /廣域網(wǎng)中提供一種單一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)完美的網(wǎng)絡(luò)集成 . ATM 組網(wǎng)技術(shù)的不足之處是協(xié)議過(guò)于復(fù)雜和設(shè)備昂貴帶來(lái)的相對(duì)較高的建網(wǎng)成本 . 交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng) ： 交換局域網(wǎng)交換局域網(wǎng)的核心部件是局域網(wǎng)交換機(jī) .局域網(wǎng)交換機(jī)一般有多個(gè)端口 ,每個(gè)端口可以直接和網(wǎng)絡(luò)中的一般節(jié)點(diǎn)連接 ,也可以和集線器連接 .交換局域網(wǎng)與共享式局域網(wǎng)的不同是 : 共享式 局域網(wǎng)共享式集線器是共享式局域網(wǎng)絡(luò)上使用的中心控制設(shè)備 .它的工作原理是建立在 共享介質(zhì) 基礎(chǔ)上的 ,相應(yīng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是 CSMA/CD,Token Ring 和 Token 10Mb/s,當(dāng) 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)使用時(shí) ,每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均分配的帶寬就只有 1Mb/s. 交換式 局域網(wǎng)交換機(jī)是交換式局域網(wǎng)上使用的中心控制設(shè)備 .在交換式局域網(wǎng)中 ,可以通過(guò)交換機(jī)為所有節(jié)點(diǎn)建立并行 ,獨(dú)立和專用帶寬的連接 .不管有多少工作站 ,各工作站均可以得到并行 ,獨(dú)立的帶寬 .若某交換式以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為 10Mb/s,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以得到 10Mb/s 的帶寬 . 利用 100Mb/s 交換機(jī)組網(wǎng)實(shí)例 虛擬局域網(wǎng) ： 虛擬局域網(wǎng)是建立在局域網(wǎng)交換機(jī)或 ATM 交換機(jī)的基礎(chǔ)上的 ,以軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理 ,邏輯工作組的節(jié)點(diǎn)組成不受物理位置的限制 . 邏輯工作組將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)按工作性質(zhì)與需要?jiǎng)澐侄玫?,一個(gè)邏輯工作校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 6 組就是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò) . 構(gòu)成虛擬局域網(wǎng)的條件是 :所有用戶終端都連接到支持虛擬局域網(wǎng)的交換機(jī)端口上 ?；镜脑?，如處理器類型，會(huì)對(duì)吞吐量、可裁剪性和開發(fā)周期的長(zhǎng)短產(chǎn)生廣泛的影響。同樣重要的成本，因?yàn)槎鄶?shù)嵌入式產(chǎn)品對(duì)成本是敏感的。典型的具有以太網(wǎng)能力的嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)的材料清單的花費(fèi)為 $45～ $100 元。 對(duì)于串口、 USB、 I2C 接口的設(shè)計(jì)決定也會(huì)對(duì)性價(jià)比產(chǎn)生影響。在合適的價(jià)位找到這樣的處理器 ，并且還能提供產(chǎn)品的可裁剪性，就不那么容易了。如果產(chǎn)品是電池供電，要考慮系統(tǒng)所有部件的電流消耗；如果產(chǎn)品本身要求滿足工業(yè)級(jí)溫度要求，那么這個(gè)盒子中的所有部件都要是工業(yè)級(jí)的。 除了辨別一個(gè)產(chǎn)品的功能要求外，對(duì)于該產(chǎn)品功能環(huán)境的理解也同樣重要。如考慮暴露情況、環(huán)境污 梁情況、溫度極限和更多的將影響性能和潛在的生命周期的情況。如程序改動(dòng)的頻繁度、產(chǎn)品可能維護(hù)計(jì)劃等。比如，如果一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接到一個(gè)局域網(wǎng)上，相關(guān)的信息流量會(huì)如何影響周圍的設(shè)備？如果該產(chǎn)品是一個(gè)串口到以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 8 只負(fù)責(zé)從串口得到數(shù)據(jù)然后將它轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)包，反之亦然，那么不僅要考慮最大的數(shù)據(jù)延時(shí)允許網(wǎng)包，還要考慮有多少數(shù)據(jù)要傳送。 在需要對(duì)緊急情況作出立即反應(yīng)的地址，如工廠地面上的閥門控制、通信和反應(yīng)，一定要真正實(shí)時(shí)地完成。為了高效地設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，理解這些術(shù)語(yǔ)的含義是很必要的。線速度和能占用的持續(xù)速度是不同的。作為一個(gè)共享的資源，所有局域網(wǎng)上的設(shè)備都要能互相通信。如果真的存在這種情況，其它設(shè)備就不能進(jìn)行任何通信了。總吞吐量可以被視作理論吞吐量，而凈吞吐量可以視為實(shí)際的流量。簡(jiǎn)單講，在有其它設(shè)備共享網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，一個(gè)設(shè)備應(yīng)被設(shè)計(jì)為能使用 30%的帶寬。很明顯，智能化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)意味著設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用到一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò)中。 網(wǎng)絡(luò)的布線費(fèi)用通常是網(wǎng)絡(luò)中比較貴的部分。 和藍(lán)牙是 2 個(gè)無(wú)線的協(xié)議。由于這個(gè)原因，許多應(yīng)用著眼于現(xiàn)存的線路來(lái)保持以太網(wǎng)布線。因?yàn)閿?shù)公里長(zhǎng)的 485 或 422 的線路已經(jīng)存在，這些線路通常保留。因此，應(yīng)用系統(tǒng)作為網(wǎng)關(guān)，用軟件來(lái)橋接遺留的串口協(xié)議和以太網(wǎng)校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 9 之間的通信。不管屏蔽的還是非屏蔽的，雙絞線在抗電磁干擾上是很有效的。除了從設(shè)施中現(xiàn)有部件產(chǎn)生的噪音外，比如電力線、變壓器和發(fā)電機(jī)等，線路自身的數(shù)據(jù)傳輸也會(huì)產(chǎn)生噪音。在最壞情況下的可能影響，包括從傳輸燈亮?xí)r網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，到高速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 5 類線支持 100Mbit/s 數(shù)據(jù)傳輸，而出 錯(cuò)概率很低。 需要強(qiáng)調(diào)的是，以太網(wǎng)拓?fù)渑c其它網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎啾仁欠浅２灰粯拥摹Ｒ蕴W(wǎng)不是基于多跳的網(wǎng)絡(luò)，比如 10Base2 的雛菊鏈網(wǎng)。星上的每一個(gè)設(shè)備在物理上要么連在一個(gè)集線器上，要么連在一個(gè)交換機(jī)上。 以太網(wǎng)有 2 種基于類型：平面式和多層結(jié)構(gòu)式。這還包括相互連接在一起的集線器上的所有設(shè)備。 值得注意的是，不管是平面式還是多層結(jié)構(gòu)式，以太網(wǎng)一個(gè)共同的好處是不會(huì)受故障設(shè)備所牽連；而在雛菊鏈網(wǎng)絡(luò)中，一旦 1 個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備貪婪工作，其它網(wǎng)上設(shè)備的通信就無(wú)法進(jìn)行了。但它的最大不足就是線路總量 和安裝總費(fèi)用增加了。應(yīng)用本身往往會(huì)確定使用何種存儲(chǔ)器。靜態(tài) RAM以使用方便和速度快而著稱。在設(shè)計(jì)中， SRAM 也易于實(shí)現(xiàn)。 EDORAM和 DRAM在老一點(diǎn)的設(shè)計(jì) 中徑常見到。而且 ,EDORAM 很難找到適合嵌入式設(shè)計(jì)的通用密度（ 2 或 8MB）。 SDRAM 可用性很好，與 SRAM 相比，每兆字節(jié)的成本比也不錯(cuò)。 SDRAM 的脈沖周期如果為 3111，但 SDRAM第 1 個(gè)指令獲取之后，每下一個(gè)獲取必須與時(shí)鐘的上升沿步。行地址和列地址在 DRAM 類型中都要給出來(lái)定位一個(gè)存儲(chǔ)器地址。在處理器中集成一個(gè) SRAM、 DRAM 和SDRAM 的控制器在做嵌入式設(shè)計(jì)時(shí)絕對(duì)會(huì)讓你受益非淺。對(duì)于映像存儲(chǔ)，許多設(shè)備使用 Flash。Flash 本身與 RAM 來(lái)講是相對(duì)較慢的，因此，多數(shù)應(yīng)用中，程序在 Flash 中的執(zhí)行效率不高 —— 特別是在實(shí)時(shí)應(yīng)用中。 另一種非易失內(nèi)存為電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。這些參數(shù)通常至少包括 MAC 地址和 IP 地址。 EEPROM可以作為一個(gè)簡(jiǎn)單靜態(tài) RAM 類型設(shè)備來(lái)被設(shè)置和訪問(wèn)。為了高效地選取 Flash 適應(yīng)產(chǎn)品 ， Flash 的密度要決定好。在 Flash 的問(wèn)題上界限要很好地劃定：太少，則限制了軟件角度上的可裁剪性；太多，則為產(chǎn)品帶來(lái)了成本上不必要的增加。當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)受住市場(chǎng)的考驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品修正需要從現(xiàn)存的硬件得到支持。 錄找一個(gè) TCP/IP 層內(nèi)存需求羅小的操作系統(tǒng)，有助于將材料成本保持在一個(gè)較低的價(jià)位，因?yàn)樗鼘?duì)內(nèi)存的需求減少了。加上 Web 服務(wù)器和 FTP 服務(wù)器，整個(gè)系統(tǒng)只需 310KB 就可以啟動(dòng)了。普通的頁(yè)面設(shè)計(jì)，用來(lái)控制和監(jiān)視， 350KB 以內(nèi)的 Flash 仍能滿足使用。許多設(shè)計(jì)帶 FTP、 HTTP 和 Email 功能，加上客戶的應(yīng)用， 甚至更少的 Flash 仍然放得下。 RAM 用來(lái)執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。有其它能影響 RAM 大小的考慮，比如，產(chǎn)品要不要在線升級(jí)。比如，剛提到的 FTP 實(shí)現(xiàn)需要的一個(gè)保存新程序的緩沖區(qū)。升級(jí)例程然后會(huì)將新映像燒到 Flash 中。 最后，堆的大小一定要考慮，堆的大小會(huì)有很多職能，如對(duì)每一個(gè) Socket連接分配內(nèi)存。在這種情況下，通常用將執(zhí)行文件大小加倍的方案來(lái)確定 RAM的大小。如一個(gè)簡(jiǎn)單的串口到以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在 Flash 中運(yùn)行通常不需要性能上的補(bǔ)償。例如，對(duì)于一個(gè) 16 位的 AMD Fash 設(shè)備， Flash 的片選可以接地，從而在 100%的時(shí)間內(nèi)，它都是活動(dòng)的。 使能和輸出使能信號(hào)可以直接從處理器得到。一個(gè)普通的寫使能和輸出使能存在于內(nèi)存外設(shè)中。我們不將 NET+ARM 的片選 0 接到 Flash 上，也就是不用NET+ARM 的片選 0 的輸出使能和寫使能。這樣，數(shù)據(jù)有效是依賴輸出使能而不是片選使能。 除了理解不同的類型和內(nèi)存需求，找到正確的內(nèi)存大小依賴于內(nèi)存允許的訪問(wèn)時(shí)間。內(nèi)存慢導(dǎo)致取指令慢，接著就降低了整個(gè)產(chǎn)品效率。要理解內(nèi)存速度的需求，需要對(duì) NET+ARM 了解得更詳細(xì)一些。也就是說(shuō)，系統(tǒng)時(shí)鐘周期在 ARM7 內(nèi)核和內(nèi)部 10 通道的 DMA 控制器之間分享。 下一個(gè)較關(guān)鍵的性能是時(shí)鐘速度。這樣就給它的處理時(shí)間差據(jù)周期的單位數(shù)，將結(jié)果乘上 30ns，再將所得結(jié)果乘2，就得到了整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)周期基本上是 ARM、 DMA ARM、 DMA2，依次類推。 除了 Flash，附加的 NVRAM 有時(shí)會(huì)被忽略。為了增強(qiáng)易用性， NetSilicon推薦用 EEPROM 來(lái)保存如 MAC 地址、序列號(hào)、 IP 地址一類的設(shè)備配置。由于需要的 EEPROM的容量 通常較小，使用的 NVRAM 設(shè)備也是小設(shè)備。利用這些工具可以大大地節(jié)省時(shí)間和開發(fā)精力。處理器通常有一個(gè)系統(tǒng)總線，由地址和數(shù)據(jù)總線組成，它們都會(huì)被用來(lái)與外設(shè)進(jìn)行通信。其它的外圍部件，如FPGA、 LCD 顯示、編碼器、其它類型的設(shè)備等，也會(huì)需要添加到這個(gè)總線上。與許多 其它類型的接口比較，系統(tǒng)總線上的效率是非常重要的。如果有許多高帶寬的部件要進(jìn)行通信，那么總線爭(zhēng)用就會(huì)出現(xiàn)。使用智能的內(nèi)存處理器，可以使得應(yīng)用的硬件之間的通信容易得如同訪問(wèn)一內(nèi)存區(qū)。如果不是，一個(gè)常規(guī)的內(nèi)存訪問(wèn)會(huì)進(jìn)行。這樣一來(lái)， DMA 控校園網(wǎng)組網(wǎng)方案的研究與設(shè)計(jì) 14 制器就可以 繼續(xù)使用總線而 ARM 內(nèi)核直接從緩存控制器中取得指令。選擇一個(gè)集成了 MAC 的處理器是非常有益處的，因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)部件減少了。通過(guò)集成 MAC，系統(tǒng)的成本也會(huì)跟著降低。當(dāng)偵測(cè)到一個(gè)沖突時(shí)， MAC 會(huì)將包放入發(fā)送單元，一直到將包發(fā)送出去為止。內(nèi)部接口通常是部件之間通信板 級(jí)接口。 GPIO（通用 I/O）可以用來(lái)構(gòu)造