寶山城工業(yè)園網(wǎng)絡(luò)水晶頭規(guī)格

摘要：為了實現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)通信，使用以太網(wǎng)控制芯片DM9000A和單片機MSP430F5529，組成了嵌入式以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信，其中單片機完成自身以及以太網(wǎng)控制芯片的初始化、數(shù)據(jù)的封包和收發(fā)控制，而DM9000A芯片負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。詳細介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成框圖和硬件設(shè)計，給出了實際的接口電路，重點描述了單片機和DM9000A芯片之間的軟件接口程序設(shè)計，并給出了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用方法。實驗結(jié)果表明，該設(shè)計體積小、接口簡單、速度快、功耗低，具有很高的推廣價值。隨著嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，以太網(wǎng)接口在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，網(wǎng)絡(luò)化成為未來設(shè)備發(fā)展的一個重要方向，各種嵌入式設(shè)備已經(jīng)成功滲透到各個領(lǐng)域，并逐漸朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。以太網(wǎng)以其在實時性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的卓越性能及其便于安裝、維護簡單、不受通信距離限制等優(yōu)點，已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù)。本文以MSP430F5529單片機和以太網(wǎng)控制器DM9000A為硬件組成，通過軟件編程，和上位機實現(xiàn)了UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信。1 硬件設(shè)計DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高速以太網(wǎng)接口芯片，是完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器，其被設(shè)計為低功耗、高處理性能，而其操作又非常簡單，具有通用的處理器接口，可以與多種處理器直接連接，數(shù)據(jù)總線寬度可設(shè)置為8 b和16 b，支持3．3 V和5 V電源模式。MSP430F5529單片機是TI公司的一款超低功耗單片機。該芯片采用低功耗設(shè)計，具有五種低功耗模式，從低功耗模式到喚醒模式的轉(zhuǎn)換時間小于6μs，其獨特的時鐘設(shè)計，每個時鐘都可以打開或關(guān)閉，從而實現(xiàn)對整體功耗的控制。供電電壓范圍為1．8～3．6 V，具有強大的中斷功能，集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)和較多的I／O端口，提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。在本設(shè)計中，單片機MSP430F5529控制整個系統(tǒng)的運行，以太網(wǎng)控制器DM9000A實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡蛯庸δ?。單片機完成對DM9000A的初始化，并將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按協(xié)議要求進行以太網(wǎng)幀封裝，發(fā)送給DM9000A；以中斷的方式接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行解析，對有用數(shù)據(jù)進行處理。DM9000A接收從單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過RJ45傳送到遠程主機，并通過RJ45接收從遠程主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)初步解析后保存在緩存中，然后向單片機發(fā)出中斷信號，由單片機來完成對數(shù)據(jù)的讀取。系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖1所示。系統(tǒng)中單片機和以太網(wǎng)控制器都采用3．3 V來供電。單片機作為系統(tǒng)的主控芯片，和DM9000A之間采用8 b模式(將EECS腳接一個10 kΩ的上拉電阻)，使用P6端口和DM9000A的數(shù)據(jù)端口相連接，傳輸數(shù)據(jù)或地址數(shù)據(jù)，無需電平轉(zhuǎn)換；P1．0腳和CMD相連，為高時為數(shù)據(jù)讀／寫操作，為低時為地址讀／寫操作；P1．1腳和INT腳相連，作為單片機的數(shù)據(jù)讀取中斷信號；P1．2，P1．3腳分別和IOR腳、IOW腳相連，用于控制讀或?qū)懖僮?，低電平有效，即在信號的上升沿進行讀(IOR)寫(IOW)操作；P1．4腳和CS腳相連，作為DM9000A的片選信號。2 DM9000A芯片操作DM9000A的讀／寫操作與一般的異步存儲器相同，圖2和圖3分別顯示了DM9000A的讀／寫時序。

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關(guān)于網(wǎng)線的基本知識掃盲，本文教您認識網(wǎng)線、網(wǎng)線的種類，網(wǎng)線的接法，水晶頭的快速制作，以及一些與網(wǎng)線有關(guān)的常見問題。一、網(wǎng)線的種類。我們常見的網(wǎng)線有雙絞線、同軸電纜、光纜(光纖)等。接頭通常我們通常叫做水晶頭，接口為RJ45接口，它又有STP和UTP兩種，我們常用的是UTP。首先說到雙絞線，就是我們平常使用的那種一塊錢一米的普通網(wǎng)線，通常雙絞線都是8根線，為了減少信號衰減、以及讓傳輸?shù)木嚯x更遠一些，所以每2根絞在一起，組成了4對，即為雙絞線。這種普通網(wǎng)線的理論最遠的傳輸距離是100-150米。網(wǎng)線的芯的粗細、含銅量，決定了網(wǎng)線的傳輸距離，一般來講，越粗、含銅越高，質(zhì)量越好。其次雙絞線又分為STP和UTP，STP即“屏蔽雙絞線|，其中有金屬隔膜，可減少信號干擾，但價格較貴，一般幾塊錢一米甚至十幾塊。而UTP呢就是“非屏蔽雙絞線”，也就是沒有這層隔離膜，所以質(zhì)量遠不如STP，這種線一般也就一塊錢一米。除了雙絞線外，還有更好的同軸電纜，以及目前我們最喜歡的光纖了。同軸電纜，是由一層層的絕緣線包裹著中央銅導(dǎo)體的電纜線。它的特點是抗干擾能力好，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定，價格也便宜，同樣被廣泛使用，如閉路電視線等。同軸細電纜線一般市場售價幾元一米，不算太貴。同軸電纜用來和BNC頭相連，市場上賣的同軸電纜線一般都是已和BNC頭連接好了的成品，大家可直接選用。光纜，也就是光纖，補充下，很多人念”光千“，正確的是念”光鮮“，我以前也經(jīng)常犯這個錯誤。光纖也就不用我多說了，是目前最理想的傳輸線纜。二、網(wǎng)線的線序現(xiàn)在流傳最廣的，就是100M網(wǎng)線頭的卡法。將網(wǎng)線頭有卡的那一面朝下，有銅片的那一端朝外，從左面開始數(shù)起，分為12345678。橙白、橙、藍白、綠、綠白、藍、棕白、棕。這是百兆的標(biāo)準(zhǔn)線序。三、網(wǎng)線是8根全有用嗎?不是。網(wǎng)絡(luò)的傳輸只會用到其中的4根。按著上面說的順序，1、2、3、6，網(wǎng)絡(luò)傳輸只使用這4根。也就是說，我們只使用其中的4條線，同樣可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的目的。四、我把網(wǎng)線中的4根用來聯(lián)網(wǎng)，剩下的4根當(dāng)電話線用，可以不?當(dāng)然可以。在裝修的時候，建議您先布網(wǎng)線，這樣您可以選擇的余地就大了很多。五、網(wǎng)線可以接頭不?可以。但是不建議。因為這樣會加強一些信號的衰減，會影響傳輸距離。有兩種接頭方法，一種是可以拔插的連接器，如下圖。另一種就是直接像接電線那樣擰在一起即可，不過要注意順序，不能亂接，而且穩(wěn)定性也不高。六、在戶外和室內(nèi)用的網(wǎng)線上有說法嗎?有的，戶外布線，建議您使用戶外網(wǎng)線，戶外網(wǎng)線在外皮上會有些不同，有的戶外網(wǎng)線，里面還會多一根線，叫做拉筋，用來保持網(wǎng)線遇到強烈的外力的時候，里面的線不會斷。七、終極教程：水晶頭的做法。做水晶頭，首先得有一把壓線鉗，最前端是剝線口，它用來剝開雙絞線外殼。中間是壓制RJ-45頭工具槽，這里可將RJ-45頭與雙絞線合成。離手柄是鋒利的切線刀，此處可以用來切斷雙絞線。網(wǎng)線的做法有兩種標(biāo)準(zhǔn)，568A和568B，文章開頭圖片展示的是568B的線序。標(biāo)準(zhǔn)568A：綠白-1，綠-2，橙白-3，藍-4，藍白-5，橙-6，棕白-7，棕-8。標(biāo)準(zhǔn)568B：橙白-1，橙-2，綠白-3，藍-4，藍白-5，綠-6，棕白-7，棕-8。在整個網(wǎng)絡(luò)布線中應(yīng)用一種布線方式，但兩端都有RJ45端頭的網(wǎng)絡(luò)連線無論是采用端接方式A，還是端接方式B，在網(wǎng)絡(luò)中都是通用的。實際應(yīng)用中，大多數(shù)都使用T568B的標(biāo)準(zhǔn)，通常認為該標(biāo)準(zhǔn)對電磁干擾的屏蔽更好。如果是計算機與交換機或HUB相連，則兩頭都做568a，或兩頭都做568b。如果是兩臺計算機互連或ADSL MODEM與HUB連接，則需要一頭做568a，另一頭做568b，也就是常說的1和3，2和6互換了。另外，計算機通訊只使用1，3，2，6這四根線(也就是橙白、橙、綠白、綠，分別對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)568A及標(biāo)準(zhǔn)568B線序即可)，因此，可以用其他4根作電話線，以節(jié)約布線成本。

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摘要 基于VxWorks操作系統(tǒng)，以S3C4480為核心CPU，用RTL8019作網(wǎng)絡(luò)控制器，設(shè)計并實現(xiàn)了嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口。本方案在兼顧成本的同時，更加注重較高的可靠性和較強的實用性，因此具有一定的推廣價值。VxWorks操作系統(tǒng)以其高度的可靠性、優(yōu)秀的實時性、靈活的可裁減性等優(yōu)勢在嵌入式系統(tǒng)中備受關(guān)注，廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)；而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合已成必然。VxWorks是最早在其內(nèi)核中加入TCP／IP協(xié)議的嵌入式實時操作系統(tǒng)。如何設(shè)計基于VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口，是擺在嵌入式開發(fā)人員面前的首要課題。本設(shè)計以三星公司的ARM7(S3C44B0)為核心CPU，開發(fā)了VxWorks下的網(wǎng)絡(luò)接口，包括硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)兩個部分。1 硬件設(shè)計核心CPU采用三星公司的S3C4480。S3C4480采用ARM7TDMI內(nèi)核，它通過提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路除處理器以外的元器件配置，降低了系統(tǒng)成本。網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS。它是一款高度集成的以太網(wǎng)控制器，不僅集成了MAC(介質(zhì)訪問控制)子層和物理層的性能，而且與NE200O兼容，具有軟件可移植性強以及價格低廉等優(yōu)點。S3C4480與RTL8019AS的硬件接口原理如圖l所示。從圖1中可以看出，RTL8019AS的使能端連到S3C44B0的nGCS3，因此它的地址映射在系統(tǒng)的Bank3上，基地址為Ox06000000。RTL8019AS支持8位／16位數(shù)據(jù)總線，在本電路中采用16位方式。RTL8019AS共有32個輸入／輸出地址，對應(yīng)地址偏移量為Ox00～Oxlf?，F(xiàn)分別說明如下：①Ox00～OxOf的16個地址，為寄存器地址。②0xlO～0x17的8個地址，為數(shù)據(jù)讀寫端口地址。它們都是一樣的，每個都可以用來做數(shù)據(jù)讀寫端口，只要用其中一個就可以了。③Oxl8～0xlf的8個地址，為復(fù)位端口。它們的功能都是一樣的。但需要注意，實際上只有0x18、0xla、Oxk、Oxle這幾個復(fù)位端口是有效的，其他不要使用；因為有些兼容卡不支持0x19、0xlb、0xld等奇數(shù)地址的復(fù)位。在軟件設(shè)計時，尤其要注意以下兩點：①RTL8019As的地址線從SAO～SA4依次連到S3Cd480的ADDRl～ADDR5上，因此，RTL8019的寄存器地址要左移1位。②RTL8019AS使用EXINTl中斷，且上升沿觸發(fā)。

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一、 RJ45連接器觸點的端接分類如下。端接方式分為分離式連接和長久性連接：1.分離式連接：有三種方式：彈簧施加的直接接觸壓力、螺釘產(chǎn)生的直接接觸壓力和楔塊產(chǎn)生的接觸壓力。接觸點有摩擦問題。典型端子，如螺釘固定端子和插入式端子；2.長久性連接：有多種方法，如釬焊、銅焊、點焊、導(dǎo)電膠粘接等；通過機械方法實現(xiàn)的長久性電氣連接，如壓接、纏繞、冷焊、鉚接等二、 RJ45連接器觸點端接是一種常見的端接方法1.接焊一般包括導(dǎo)線和觸點的接焊以及觸點和印制板的接焊。通常通過手動和波峰焊連接。其原理是，焊錫“潤濕”其他金屬的表面，并形成一個錫-接焊組合，其中存在各種物理、化學(xué)和冶金力和效應(yīng)的復(fù)雜交織。牢固結(jié)合的關(guān)鍵因素包括控制接焊溫度、控制接焊時間、清潔接焊表面等。如果需要助焊劑和焊料，由于各種不當(dāng)操作，焊點的微觀結(jié)構(gòu)可能存在隱患；2、壓接：壓接可靠性高，操作方便，速度快，對人員素質(zhì)要求低，可避免化學(xué)污染和熱污染。卷曲有多種形式。圓柱形壓接常用于軍工產(chǎn)品中，可分為可拆卸和可更換或不可拆卸和可更換。要緊的是導(dǎo)線、端子和操作工具之間的正確配合。此外，剝線時不應(yīng)損壞導(dǎo)線，導(dǎo)線的插入應(yīng)適當(dāng)。壓接工具包括手動壓接鉗、自動或半自動壓接機等。3.纏繞是指在張力下纏繞導(dǎo)體，將實心導(dǎo)體纏繞在帶有棱角的圓柱形桿上，使其在棱角處變形，從而使導(dǎo)體與圓柱形桿之間形成氣密接觸面。繞組的技術(shù)要求見mil-std-1130。有手動卷繞槍和程控自動卷繞設(shè)備。繞組有兩種類型：一種是繞在立柱上的所有導(dǎo)線都是線；其次，根部的一圈是帶絕緣護套的導(dǎo)體。繞組突出的特點是其高可靠性，比接焊高2-3個數(shù)量級，操作簡單，在繞組錯誤或線路改進時易于拔出導(dǎo)線。然而，幾乎所有的電流都流經(jīng)前幾圈導(dǎo)線，這需要繞組空間，僅適用于小截面的單股軟導(dǎo)線，因此其使用受到束縛；4.插入是一種可分離的物理連接方法，即將引腳和總線連接器的終端部分插入多層印制板的金屬化孔中，終端部分的彈性結(jié)構(gòu)與金屬化孔接觸。5.穿刺實際上是針腳和總線連接器的觸點與帶狀電纜之間的壓接。有兩種方式：一種是刺穿絕緣層（周圍導(dǎo)線壓接）；其次，一定要刺穿導(dǎo)線本身形成壓接（刺穿導(dǎo)線壓接）。

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嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)了各種應(yīng)用系統(tǒng)中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等的嚴格要求，因此它贏得了巨大的市場，在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機。嵌入式接入Internet是近幾年隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和發(fā)展而發(fā)展起來的一項新興概念和技術(shù)，它通過為現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)增加因特網(wǎng)接入能力來擴展其功能，一般指設(shè)備通過嵌入式模塊而非PC系統(tǒng)直接接入Internet，以Internet為介質(zhì)實現(xiàn)信息交互的過程，通常又稱為非PC接入。嵌入式系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的通信功能，成本低，控制方便可靠，滿足系統(tǒng)對通信的要求。考慮到本身的特點，在大量工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用嵌入式設(shè)備功能比較單一，在上述網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片接口程序的基礎(chǔ)上只需要開發(fā)簡化的嵌入式協(xié)議棧，就可滿足許多情況下的應(yīng)用需求。目前，許多公司和組織致力于將以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線實現(xiàn)無縫連接，使以太網(wǎng)越來越向底層延伸。以太網(wǎng)在現(xiàn)場設(shè)備中的應(yīng)用研究和基于以太網(wǎng)的智能芯片的開發(fā)等也日益成為研究的熱點。1 嵌入式接入網(wǎng)的主要方式目前嵌入式系統(tǒng)接入Internet通常有以下兩種主要方式：(1)采用高速的16／32Bit微控制器直接實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，這種方法的實現(xiàn)框圖如圖1所示。這種方式可以使嵌入式系統(tǒng)直接與Internet相連，有很大的靈活性。缺點是占用的系統(tǒng)資源較多，對微控制器的要求也很高，無法在8／16Bit低速微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)上實現(xiàn)。(2)使用嵌入式網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)，如圖2所示。各個嵌入式系統(tǒng)首先和網(wǎng)關(guān)進行通信，通信方式采用傳統(tǒng)的RS-232、RS-485等，由嵌入式網(wǎng)關(guān)負責(zé)實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，完成嵌入式系統(tǒng)的信息與Internet的信息交互。這種方案解決了以低速8／16Bit微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)接入Internet的問題。缺點是需要一個專門的嵌入式網(wǎng)關(guān)，而且和各個嵌入式系統(tǒng)之間的通信同樣受到速度和距離的限制，這種方法的實現(xiàn)成本將會增加。2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器微處理器、存儲器及外設(shè)器件和30端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式互聯(lián)的目標(biāo)是嵌入式設(shè)備工作在以網(wǎng)絡(luò)為中心的環(huán)境中，把“孤立的目標(biāo)系統(tǒng)”相互連接起來。為適應(yīng)嵌入式分布處理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上網(wǎng)需求，嵌入式系統(tǒng)必需配有一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口，使嵌入式微控制器不僅能執(zhí)行傳統(tǒng)的控制功能，而且還能執(zhí)行與連接因特網(wǎng)相關(guān)的功能，從而把標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（TCP/IP）一直擴展到嵌入設(shè)備，由嵌入式系統(tǒng)自身實現(xiàn)Web服務(wù)器功能，這是解決嵌入式Internet問題的最佳方案；嵌入式設(shè)備接入Intranet/Internet網(wǎng)原則上講，只要實現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就可以。針對嵌入式設(shè)備連接涉及的兩個關(guān)鍵問題即傳送信息的媒質(zhì)和采用的協(xié)議。最常用的聯(lián)接模式是以太網(wǎng)通信介質(zhì)的有線連接與TCP/IP協(xié)議。其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議分層如圖1所示。利用網(wǎng)絡(luò)接口控制器（NIC-Network InteRFace Controller）來實現(xiàn)物理層和鏈路層協(xié)議，同時微處理器運行嵌入式TCP/IP協(xié)議通信模塊來實現(xiàn)與Intranet/Internet網(wǎng)的連接。一旦這個目標(biāo)得以實現(xiàn)，就能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下在任何時間從任何地點對位于任何其它地方的系統(tǒng)中的微控制器進行監(jiān)控，利用傳統(tǒng)的Web和因特網(wǎng)機制遠程監(jiān)視數(shù)據(jù)和運行情況控制，而且還能在合適的條件下對系統(tǒng)進行調(diào)試、升級和維護。 技術(shù)難點分析3．1 發(fā)送數(shù)據(jù)的封裝把一組數(shù)據(jù)發(fā)送到基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，首要條件是產(chǎn)生符合TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)格式。首先從一個物理幀的格式來分析。一個標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.3的物理幀如圖4所示：如果與嵌入式系統(tǒng)的通信只是局限于局域網(wǎng)之中，在物理幀的數(shù)據(jù)域內(nèi)可以直接放置要發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果需要和其他的網(wǎng)絡(luò)進行通信，在物理幀的數(shù)據(jù)域中需要封裝更高層的協(xié)議，嵌入式系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)該封裝在高層協(xié)議的數(shù)據(jù)域內(nèi)。這些數(shù)據(jù)的層層封裝和物理幀的形成對于速度沒有特殊的要求，普通的低速微控制器完全可以實現(xiàn)。3．2 發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送以10M以太網(wǎng)為例說明，發(fā)送數(shù)據(jù)時應(yīng)該做的工作是，首先對待發(fā)送的數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，而后對編碼后的數(shù)據(jù)進行扭曲處理，使發(fā)送的數(shù)據(jù)適合在 10M以太網(wǎng)上傳輸，最后把處理好的數(shù)據(jù)以10M的速度發(fā)送到以太網(wǎng)上。同時，為了保證數(shù)據(jù)的有效發(fā)送，系統(tǒng)還應(yīng)具有沖突檢測和重發(fā)的功能。從以上的發(fā)送過程可以看出，直接用普通的微控制器是很困難的，應(yīng)該考慮用其他的方法實現(xiàn)。4 一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口的實現(xiàn)方案基于因特網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的核心問題是如何實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口。在眾多實現(xiàn)方案中,以ＭＣＵ為核心的實現(xiàn)方案,雖然實現(xiàn)起來有一定困難,仍因其極低的成本,受到格外重視。在此實現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)接口芯片與ＭＣＵ相結(jié)合的方案,如圖5所示。RTL8019AS與硬件實現(xiàn)以太網(wǎng)接口芯片中,選用RTL8019AS。由臺灣Ｒｅａｌｔｅｋ公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器,由于其優(yōu)良的性能、低廉的價格,使其在市場上的10Ｍｂｐｓ網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。使?051/52兼容單片機實現(xiàn)對RTL8019AS的控制,電路圖如圖6所示。RTL8019AS采用8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶€模式(ＩＯＣＳ16接地, ＪＰ接高電平)。Ｐ0口通過地址鎖存器實現(xiàn)地址數(shù)據(jù)復(fù)用。Ｐ3.4片選RTL8019AS。數(shù)據(jù)收發(fā)不使用中斷驅(qū)動,全部由軟件查詢實現(xiàn)。基地址選擇引腳ＩＯＳ[3:0]空,Ｉ/Ｏ基地址為300Ｈ。使用雙絞線為通信介質(zhì),所使用的引腳有:ＴＰＩＮ+,ＴＰＩＮ-,ＰＯＵＴ+,ＴＰＯＵＴ-,連入耦合隔離變壓器ＦＢ2022,通過ＲＪ 45插頭實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接。通常ＴＣＰ/ＩＰ是指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議簇,而不單單是ＴＣＰ/ＩＰ。因此,在8ｂｉｔＭＣＵ不大的ＲＯＭ空間里,不可能實現(xiàn)所有的ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議。考慮到嵌入式應(yīng)用中硬件系統(tǒng)的多樣性,完成特定功能的應(yīng)用程序也各不相同,因而軟件的設(shè)計在保證滿足功能前提下,最好短小,易于被移植,尤其是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件應(yīng)具備一定的獨立性。因此,選擇ＴＣＰ/ＩＰ作為嵌入式網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議,同時必須對ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇根據(jù)實際需要進行必要的刪減,即實現(xiàn)一個ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議簇。通常的ｔｈｉｎＴＣＰ/ＩＰ的層次結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的ＴＣＰ/ＩＰ的一樣,也是四層結(jié)構(gòu)(圖7)。以太網(wǎng)接口層主要實現(xiàn)對以太網(wǎng)接口芯片的控制,ＩＰ層根據(jù)實際需要選擇實現(xiàn)ＡＲＰ(地址解析協(xié)議)、ＲＡＲＰ(反向地址解析協(xié)議)、ＩＣＭＰ(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)以及ＩＧＭＰ(網(wǎng)絡(luò)組管理協(xié)議)。傳輸層主要由ＴＣＰ(傳輸控制協(xié)議)和ＵＤＰ(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)組成,在實際實現(xiàn)時,根據(jù)需要可只實現(xiàn)其中一個。ＣＩＰ(控制信息協(xié)議)是專為控制設(shè)備、基于對象的一種方法,它是獨立于特定網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議,提供了訪問數(shù)據(jù)和控制設(shè)備操作的服務(wù)集。ＣＩＰ的制定需要根據(jù)具體應(yīng)用加以考慮,與通常協(xié)議的格式相似,也為“命令+數(shù)據(jù)”模式。

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摘要　在自動化控制及其他民用設(shè)備、工業(yè)控制如電力設(shè)備系統(tǒng)等領(lǐng)域，眾多設(shè)備的對外通訊接口仍然是低速串口。但低速串口有其固有的缺點：無法集中、全面、準(zhǔn)確而實時地監(jiān)控數(shù)據(jù)。本文介紹基于微處理器SEP3203串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的以太網(wǎng)接口的軟硬件設(shè)計方法，它可以變傳統(tǒng)的串口通訊為網(wǎng)絡(luò)通訊，實現(xiàn)串口設(shè)備的快速聯(lián)網(wǎng)。1引言在自動化控制及其他民用設(shè)備、工業(yè)控制如電力設(shè)備系統(tǒng)等領(lǐng)域，眾多設(shè)備的對外通訊接口仍然是低速串口。因此現(xiàn)有系統(tǒng)的缺點是：無法集中、全面、準(zhǔn)確而實時地監(jiān)控數(shù)據(jù)。隨著以太網(wǎng)在工業(yè)、商業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模使用以及網(wǎng)絡(luò)自動化強勁勢頭的到來，用戶與供應(yīng)商迫切需要在任何時間和任何地點都可以實時訪問數(shù)據(jù)和進行控制，做到遠程快速故障分析與處理、設(shè)備的遠程維護，以便提高質(zhì)量，提高工作效率并降低整體成本。完全換掉這些串口通訊的設(shè)備是既不經(jīng)濟也不可行的。針對一些實際需求，采用串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器就是解決這些問題的最佳解決方案。本課題串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器正是在這一要求下設(shè)計出來的產(chǎn)品, 本文就是本課題下的子課題部分。2基于ARM7TDMI的SEP3203微處理器簡介ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，是目前應(yīng)用較廣的32位高性能嵌入式RISC處理器，SEP3203[1]是東南大學(xué)國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心基于ARM7TDMI處理器內(nèi)核設(shè)計的16/32位RISC微處理器芯片。它面向低成本手持設(shè)備和其它通用嵌入式設(shè)備，為用戶提供了豐富的外設(shè)、低功耗管理和低成本的外存配置。３串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器中與以太網(wǎng)接口相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)該轉(zhuǎn)換模塊的研究，首先要選擇一個硬件平臺即嵌入式處理器。由于ARM是基于精簡指令系統(tǒng)（RISC）的32位內(nèi)核，代碼效率高，運行速度快，綜合性能強，在基于ARM體系結(jié)構(gòu)的嵌入式CPU中，基于ARM7TDMI體系結(jié)構(gòu)的SEP3203嵌入式微處理器擁有較好的技術(shù)支持，因此本轉(zhuǎn)換器選擇SEP3203作為硬件平臺；轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須要有電源，供整個系統(tǒng)用；系統(tǒng)工作時需要有工作時鐘，因此本系統(tǒng)需要有時鐘電路；由于用戶需要的轉(zhuǎn)換器要有串口、USB和以太網(wǎng)口下載等功能，由于本文只針對以太網(wǎng)口，其它兩個接口本文不作介紹。以太網(wǎng)口與嵌入式芯片之間要有一個網(wǎng)絡(luò)模塊，現(xiàn)把與以太網(wǎng)口相關(guān)電路結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計顯示如圖1所示。4　網(wǎng)絡(luò)接口電路的硬件設(shè)計SEP3203芯片內(nèi)部沒有集成網(wǎng)絡(luò)模塊，但SEP3203芯片設(shè)計的接口豐富，可以方便地擴展?？紤]使用中可能對網(wǎng)速的要求比較高，因此本系統(tǒng)選用了10M的以太網(wǎng)接口。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口采用REALTEK公司的RTL8019芯片。RTL8019AS 是一種高度集成的以太網(wǎng)芯片，能簡單的實現(xiàn)Plug and Play 并兼容NE2000。由于它擁有三種等級的掉電模式，所以它是綠色電腦的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的理想選擇。在全雙工模式下，如果是連接到一個同樣是全雙工的交換機或集線器，就可實現(xiàn)同時接收和發(fā)送[2]。RTL8019AS支持16KByte、32KByte、64KByte的BROM，另外還支持FLASH MENORY和頁訪問方式，最大支持4MByte（16K×256），此外還支持在運行完BROM 后釋放內(nèi)存以供系統(tǒng)其他程序的運行。網(wǎng)絡(luò)接口模塊的系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。由圖2可知，以太網(wǎng)接口通過系統(tǒng)總線外擴而成。RTL8019AS的地址使用方式有5位、8位、11位三種。使用5位地址就可以訪問RTL8019AS所有的寄存器，實現(xiàn)最簡單的網(wǎng)絡(luò)功能。本系統(tǒng)使用8位地址滿足了操作系統(tǒng)對遠程DMA端口的需求。網(wǎng)絡(luò)接口模塊和SEP3203微處理器的連接線比較簡單，在PCB板上布線比較規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)接口芯片RTL8019的實際電路連接圖見參考文獻[3]。網(wǎng)口選用了內(nèi)置變壓及指示燈的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，實際電路圖如圖3[4]所示， 對比SEP3203微處理器的SRAM接口協(xié)議，由于總線沒有等待信號，所以沒有使用IOCHRDY信號。由于SEP3203微處理器總線的最低數(shù)據(jù)位寬是16位，所以IOCS16B固定置于16位方式。5軟件平臺Nucleus綜合考慮各個因素，我們選擇了嵌入式實時操作系統(tǒng)Nucleus。Nucleus PLUS是美國著名RTOS廠商(ATI)(Accelerated Technology Inc)公司為實時嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的一個搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其95％的代碼是用ANSI C寫成的，非常便于移植并支持大多數(shù)類型的處理器。Nucleus PLUS是一組C函數(shù)庫，下載到目標(biāo)板的RAM中或直接燒錄到到目標(biāo)板的ROM中執(zhí)行。在典型的目標(biāo)環(huán)境中，Nucleus PLUS核心代碼一般不超過20K字節(jié)大小，內(nèi)核規(guī)模非常小。Nucleus PLUS除提供功能強大的內(nèi)核操作系統(tǒng)外，還提供種類豐富的功能模塊。例如用于通訊系統(tǒng)的局域和廣域網(wǎng)絡(luò)模塊，支持圖形應(yīng)用的實時化Windows模塊，支持nternet網(wǎng)的WEB產(chǎn)品模塊，工控機實時BIOS模塊，圖形化用戶接口，以及應(yīng)用軟件性能分析模塊等，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用來選擇不同的應(yīng)用模塊；6 網(wǎng)絡(luò)接口通信的設(shè)計網(wǎng)絡(luò)接口的硬件將網(wǎng)絡(luò)上傳送來的數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)內(nèi)存中，并通知操作系統(tǒng)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達。通常，網(wǎng)絡(luò)接口使用中斷機制來完成這一任務(wù)，一個中斷時處理器將正常的處理掛起，跳轉(zhuǎn)到設(shè)備驅(qū)動程序的代碼段執(zhí)行。此時，由設(shè)備驅(qū)動程序管理所有細節(jié)。設(shè)備驅(qū)動軟件通知協(xié)議棧已經(jīng)有一個分組到達，并要求進行相應(yīng)的處理。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動軟件完成這些繁瑣的處理工作后，他將從中斷返回，處理器繼續(xù)從中斷發(fā)生處往下執(zhí)行。在本協(xié)議棧中，設(shè)備驅(qū)動程序?qū)ι蠈討?yīng)用屏蔽了接收和發(fā)送的細節(jié)。用戶只需要調(diào)用相應(yīng)的套接字即可以完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。比如用戶要使用非阻塞方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，可以使用Select()，在Select 的timeout 參數(shù)選擇NO_PREEMPT，即可以非阻塞方式接收發(fā)送。在本TCP/IP 實現(xiàn)中，協(xié)議棧初始化是依靠調(diào)用NETI_Init（）完成的。NETI_Init()完成兩個工作，首先是對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的初始化[5]， 然后就對系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行初始化流程說明：①程序由Main()函數(shù)開始，調(diào)用taskmain()。②taskmain()調(diào)用sys_ini()對系統(tǒng)初始化，調(diào)hardware_ini()對硬件初始化；調(diào)用vcre_tsk()創(chuàng)建了6個任務(wù),調(diào)用stak_tske()將部分任務(wù)放入就緒隊列，調(diào)用sys_sta()啟動系統(tǒng)。③通過系統(tǒng)調(diào)度開啟任